JP2022130948A - 炭化水素化合物製造システム、炭化水素化合物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】炭化水素化合物を製造する製造システムにおいて、原料に由来する環境負荷軽減効果を管理可能な炭化水素化合物製造システムを提供する。【解決手段】水素を生成する水素製造装置と、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、前記水素製造装置により生成された水素および前記二酸化炭素供給装置から供給された二酸化炭素から炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物製造装置と、を備え、前記水素製造装置により生成された水素および前記二酸化炭素供給装置から供給された二酸化炭素の少なくともいずれか一方の環境指標に基づいて、前記炭化水素化合物製造装置により生成された炭化水素化合物の環境負荷レベルを分類することを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、メタノール等の炭化水素化合物を製造する製造システム及び製造方法に係り、特に、原料に由来する環境負荷軽減効果を管理可能な炭化水素化合物製造システム及び炭化水素化合物の製造方法に関する。
環境負荷軽減対策のひとつとして期待されている水素であるが、その生成の過程で二酸化炭素（CO2）が排出されるケースがある。このため、どのように生成された水素ならば環境負荷が小さく、かつ効率的なのか、どういった水素の生成と利用を推進していくべきなのか、という議論が経済界や産業界で活発化し、生成過程の動力源である電力等に着目し、生成された水素を環境負荷に応じて、区別することが考えられている。
例えば、再生可能エネルギー由来の電力を利用して水を電気分解して生成される水素をグリーン水素と称し、CO2回収・貯蔵プロセス（CCS：Carbon dioxide Capture and Storage）の過程を伴い、大気中に二酸化炭素を放出することなく生成される水素は水素生成の観点で見るとCO2は排出していないと見なすことができ、ブルー水素と称し、化石燃料を原料とし、生成過程でCO2が大気中に放出される水素をグレー水素と称しているものがある。
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「天然ガスなどの低級炭化水素から効率よくメタノールを製造するメタノールの製造方法」が開示されている。
上述したように、環境負荷軽減においては、原料及び生成物の由来や製造過程を考慮することが重要である。
しかしながら、例えば、カーボンリサイクルメタノールの合成に用いられる原料である水素の由来（化石燃料由来と非化石燃料由来の比率）は、時間的に変化するため、製造されたメタノールの由来（化石燃料由来と非化石燃料由来の比率）が不明確となり、製造されたメタノールの環境負荷軽減効果が不透明である。
そのため、メタノール製造に利用された水素の環境負荷に関わる由来を把握することで、製造されたメタノールの環境負荷軽減効果が明確になる。
上記特許文献１では、水素の由来は考慮されておらず、また、上述したような環境指標に基づく水素の分類についても何ら触れられていない。
そこで、本発明の目的は、炭化水素化合物を製造する製造システムにおいて、原料に由来する環境負荷軽減効果を管理可能な炭化水素化合物製造システム及びそれを用いた炭化水素化合物の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、水素を生成する水素製造装置と、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、前記水素製造装置により生成された水素および前記二酸化炭素供給装置から供給された二酸化炭素から炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物製造装置と、を備え、前記水素製造装置により生成された水素および前記二酸化炭素供給装置から供給された二酸化炭素の少なくともいずれか一方の環境指標に基づいて、前記炭化水素化合物製造装置により生成された炭化水素化合物の環境負荷レベルを分類することを特徴とする。
また、本発明は、水素と二酸化炭素を原料として炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物の製造方法であって、原料である水素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の環境指標に基づいて、生成された炭化水素化合物の環境負荷レベルを分類することを特徴とする。
本発明によれば、炭化水素化合物を製造する製造システムにおいて、原料に由来する環境負荷軽減効果を管理可能な炭化水素化合物製造システム及びそれを用いた炭化水素化合物の製造方法を実現することができる。
これにより、製造された炭化水素化合物を環境負荷レベル毎に分類することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
図１を参照して、本発明の実施例１の炭化水素化合物製造システムとそれを用いた炭化水素化合物の製造方法について説明する。図１は、本実施例の炭化水素化合物製造システムの概略構成を示す図である。
本実施例では、本発明の基本的なコンセプトを説明する。
上述したように、カーボンリサイクルメタノールの合成に用いられる水素の由来（化石燃料由来と非化石燃料由来の比率）は時間的に変化するため、製造されたメタノールの由来（化石燃料由来と非化石燃料由来の比率）が不明確になり得る。
水素の由来の例としては、再生可能エネルギーの電力（再生可能エネルギーであると見なす電力を含む）のみから製造された水素、系統電力を用いて製造された水素、貯蔵された水素、及び副生水素やCCS付き水素、そして、前者が複合した水素などが挙げられる。
製造された水素の由来を明確にするため、次のことが考えられる。（１）供給される水素の由来の時間的変化を計測し、製造されたメタノールの由来を計算する、（２）メタノール貯蔵タンク内のメタノールの由来を計算する、（３）由来に応じたメタノールの取引が可能となり、由来に応じたプレミア、もしくは炭素税の付加が可能となる。
そこで、本実施例のメタノール製造システム１は、図１に示すように、主要な構成として、水素７を生成する水素製造装置４と、二酸化炭素８を供給する二酸化炭素供給装置５と、水素製造装置４により生成された水素７および二酸化炭素供給装置５から供給された二酸化炭素８からメタノール９を生成するメタノール製造装置２を備えている。
水素製造装置４は、電力源６から供給される電力を利用して、水素７を生成する。
メタノール製造装置２には、水素製造装置４により生成された水素７を供給する系統とは別に、CO2回収・貯蔵プロセス（CCS）を伴い生成される水素７ｄを供給する系統も接続されており、水素製造装置４により生成された水素７を利用せずに、CO2回収・貯蔵プロセス（CCS）を伴い生成される水素７ｄを利用して、メタノール９を生成することも可能である。
メタノール製造装置２で生成されたメタノール９は、貯蔵装置３に一時的に貯蔵される。
ここで、本実施例のメタノール製造システム１は、水素製造装置４により生成された水素７および二酸化炭素供給装置５から供給された二酸化炭素８の少なくともいずれか一方の環境指標に基づいて、メタノール製造装置２により生成されたメタノール９の環境負荷レベルを分類する。CO2回収・貯蔵プロセス（CCS）を伴い生成される水素７ｄを利用する場合は、水素７ｄの環境指標に基づいて、メタノール９の環境負荷レベルを分類する。
原料である水素７や７ｄ、二酸化炭素８のそれぞれの環境指標に基づいて、生成物であるメタノール９の環境負荷レベルを分類することで、貯蔵装置３から外部に供給（出荷）されるメタノール１０を環境負荷レベル毎に分類することができる。
図２を参照して、本発明の実施例２の炭化水素化合物製造システムとそれを用いた炭化水素化合物の製造方法について説明する。図２は、本実施例の炭化水素化合物製造システムの概略構成を示す図である。
本実施例では、実施例１（図１）の構成に、さらに制御装置１１を備えたシステム構成例を説明する。
本実施例のメタノール製造システム１は、図２に示すように、制御装置１１を備えており、制御装置１１は、水素製造装置４の電力源６の情報、二酸化炭素供給装置５の二酸化炭素供給源１３の情報、水素製造装置４により生成された水素７の情報、CO2回収・貯蔵プロセス（CCS）を伴い生成される水素７ｄの情報、二酸化炭素供給装置５から供給された二酸化炭素８の情報、メタノール製造装置２で生成されたメタノール９の情報、貯蔵装置３から外部に供給（出荷）されるメタノール１０の情報を、それぞれモニタする。各情報は、原料及び生成物の由来や製造過程を考慮した環境指標である。
制御装置１１は、モニタした各情報（環境指標）に基づいて、貯蔵装置３から外部に供給（出荷）されるメタノール１０を環境負荷レベル毎に分類して、その結果を出力装置１２に出力（表示）し、管理者に通知する。なお、出力装置１２は、メタノール製造システム１に組み込むことも可能である。
図３を参照して、本発明の実施例３の炭化水素化合物製造システムとそれを用いた炭化水素化合物の製造方法について説明する。図３は、本実施例の炭化水素化合物製造システムの概略構成を示す図である。
本実施例では、実施例１（図１）の構成において、複数の電力源の電力を用いて水素７を生成するシステム構成例を説明する。
本実施例のメタノール製造システム１では、図３に示すように、水素製造装置４は、電力源６ａから供給される電力を利用して水素７ａを生成する水素製造装置４ａ、電力源６ｂから供給される電力を利用して水素７ｂを生成する水素製造装置４ｂ、電力源６ｃから供給される電力を利用して水素７ｃを生成する水素製造装置４ｃを備えて構成されている。
また、実施例１（図１）と同様に、CO2回収・貯蔵プロセス（CCS）を伴い生成される水素７ｄを供給する系統も接続されている。
電力源６ａは、再生可能エネルギー由来の電力であり、水素製造装置４ａで生成された水素７ａは、グリーン水素である。なお、再生可能エネルギーには、再生可能エネルギーであると見なす電力、所謂、再エネ見なし電力も含む。
電力源６ｂは、系統電力由来の電力であり、水素製造装置４ｂで生成された水素７ｂは、グリーン水素、ブルー水素、グレー水素の混合水素である。
電力源６ｃは、化石燃料を原料とし生成された電力であり、水素製造装置４ｃで生成された水素７ｃは、グレー水素である。電力源６ｃの電力生成過程では、二酸化炭素が大気中に放出される。
また、CO2回収・貯蔵プロセス（CCS）を伴い生成される水素７ｄは、ブルー水素である。
本実施例のメタノール製造システム１は、以上のように構成されており、水素製造装置４ａ～４ｃの電力源６ａ～６ｃの情報に基づいて、水素製造装置４により生成される水素７の環境指標を決定することができる。
図４を参照して、本発明の実施例４の炭化水素化合物製造システムとそれを用いた炭化水素化合物の製造方法について説明する。図４は、本実施例の炭化水素化合物製造システムの概略構成を示す図である。
本実施例では、実施例１（図１）の構成において、複数の二酸化炭素供給装置を用いて二酸化炭素８を供給するシステム構成例を説明する。
本実施例のメタノール製造システム１では、図４に示すように、二酸化炭素供給装置５は、二酸化炭素供給源１３ａから供給される二酸化炭素を一時的に貯蔵して二酸化炭素８ａを供給する二酸化炭素供給装置５ａ、二酸化炭素供給源１３ｂから供給される二酸化炭素を一時的に貯蔵して二酸化炭素８ｂを供給する二酸化炭素供給装置５ｂ、二酸化炭素供給源１３ｃから供給される二酸化炭素を一時的に貯蔵して二酸化炭素８ｃを供給する二酸化炭素供給装置５ｃを備えて構成されている。
二酸化炭素供給源１３ａは、大気から回収した大気由来CO2である。
二酸化炭素供給源１３ｂは、バイオマス燃料の燃焼により発生したバイオマス燃料由来CO2である。
二酸化炭素供給源１３ｃは、化石燃料の燃焼により発生した化石燃料由来CO2である。
本実施例のメタノール製造システム１は、以上のように構成されており、二酸化炭素供給装置５ａ～５ｃの二酸化炭素供給源１３ａ～１３ｃの情報に基づいて、二酸化炭素供給装置５から供給される二酸化炭素８の環境指標を決定することができる。
図５及び図６を参照して、本発明の実施例５の炭化水素化合物製造システムとそれを用いた炭化水素化合物の製造方法について説明する。図５は、本実施例の炭化水素化合物製造システムの概略構成を示す図である。図６は、本実施例の環境指標テーブルを示す図である。
本実施例では、実施例１（図１）から実施例４（図４）で説明した各構成を全て含むシステム構成例を説明する。
本実施例のメタノール製造システム１は、図５に示すように、実施例１（図１）から実施例４（図４）で説明した全ての構成を備えて構成されている。各構成及びその機能については、各実施例で述べた通りであり、重複する説明は省略する。
なお、図５では、構成が分かり易くなるように、図２のような制御装置１１がモニタする情報を示す一点鎖線を省略している。
［環境指標の定義・効果］
図６を用いて、本実施例の環境指標テーブルについて説明する。図６において、水素Ａはグリーン水素、水素Ｂはブルー水素、水素Ｃはグレー水素を示している。
図６を用いて、本実施例の環境指標テーブルについて説明する。図６において、水素Ａはグリーン水素、水素Ｂはブルー水素、水素Ｃはグレー水素を示している。
図６に示すように、本実施例では、原料である水素７および二酸化炭素８の両方の環境指標に基づいて、生成されたメタノール９の環境負荷レベルを分類する。
例えば、「水素Ａ（グリーン水素）」と「大気由来CO2（ａ）」から生成されたメタノール９は、「ＣＨ３ＯＨ（Ａａ）」と分類する。同様に、水素７の３つの分類である「水素Ａ（グリーン水素）」，「水素Ｂ（ブルー水素）」，「水素Ｃ（グレー水素）」と、二酸化炭素８の３つの分類である「大気由来CO2（ａ）」，「バイオマス燃料由来CO2（ｂ）」，「化石燃料由来CO2（ｃ）」の組み合わせから、９通りの異なる由来のメタノールに分類する。
このように、原料である水素と二酸化炭素の由来を用いて、生成されたメタノールの環境負荷レベルを分類することで、メタノールの環境価値が明確になる。
なお、メタノール製造装置２に供給される水素７や二酸化炭素８の由来は、時間経過とともに変化する場合がある。
このような場合は、制御装置１１により水素７の環境指標の経時変化、二酸化炭素８の環境指標の経時変化をモニタし、モニタした水素７の環境指標の経時変化、二酸化炭素８の環境指標の経時変化に基づいて、貯蔵装置３内のメタノール９の成分率を決定することも可能である。これにより、流通させるメタノールの由来を認識することができる。
上記実施例に記載した貯蔵装置３を少なくとも2基以上設置することが考えられる。例えば、図6に示す組み合わせで９基設置して原料水素、CO2の由来に応じて分別貯蔵できるようにすることも考えられる。また今後、グリーン水素含有量等の環境価値基準が定められた場合、環境基準を満足するメタノールの貯蔵装置、それ以外のメタノールの貯蔵装置で分別貯蔵することも考えられる。
上記実施例に記載した貯蔵装置３を少なくとも2基以上設置することが考えられる。例えば、図6に示す組み合わせで９基設置して原料水素、CO2の由来に応じて分別貯蔵できるようにすることも考えられる。また今後、グリーン水素含有量等の環境価値基準が定められた場合、環境基準を満足するメタノールの貯蔵装置、それ以外のメタノールの貯蔵装置で分別貯蔵することも考えられる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１…メタノール製造システム（炭化水素化合物製造システム）
２…メタノール製造装置（炭化水素化合物製造装置）
３…貯蔵装置
４，４ａ，４ｂ，４ｃ…水素製造装置
５，５ａ，５ｂ，５ｃ…二酸化炭素供給装置
６，６ａ，６ｂ，６ｃ…電力源
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…水素
８，８ａ，８ｂ，８ｃ…二酸化炭素
９，１０…メタノール
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Claims (14)
- 水素を生成する水素製造装置と、
二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、
前記水素製造装置により生成された水素および前記二酸化炭素供給装置から供給された二酸化炭素から炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物製造装置と、を備え、
前記水素製造装置により生成された水素および前記二酸化炭素供給装置から供給された二酸化炭素の少なくともいずれか一方の環境指標に基づいて、前記炭化水素化合物製造装置により生成された炭化水素化合物の環境負荷レベルを分類することを特徴とする炭化水素化合物製造システム。 - 請求項１に記載の炭化水素化合物製造システムであって、
前記水素製造装置により生成される水素の環境指標は、再生可能エネルギー由来の電力を利用して水を電気分解して生成される水素、二酸化炭素の回収および貯蔵プロセスを伴い生成される水素、化石燃料を原料として生成過程で二酸化炭素が大気中に放出される水素の３つに分類されることを特徴とする炭化水素化合物製造システム。 - 請求項１に記載の炭化水素化合物製造システムであって、
前記水素製造装置の電力源の情報に基づいて、前記水素製造装置により生成される水素の環境指標を決定することを特徴とする炭化水素化合物製造システム。 - 請求項２または３に記載の炭化水素化合物製造システムであって、
前記炭化水素化合物製造装置により生成された炭化水素化合物を貯蔵する貯蔵装置と、
前記水素製造装置により生成される水素の環境指標の経時変化をモニタする制御装置と、を備え、
前記制御装置は、モニタした水素の環境指標の経時変化に基づき、前記貯蔵装置内の炭化水素化合物の成分率を決定することを特徴とする炭化水素化合物製造システム。 - 請求項１に記載の炭化水素化合物製造システムであって、
前記二酸化炭素供給装置の二酸化炭素供給源の情報に基づいて、前記二酸化炭素供給装置から供給される二酸化炭素の環境指標を決定することを特徴とする炭化水素化合物製造システム。 - 請求項５に記載の炭化水素化合物製造システムであって、
前記二酸化炭素供給装置から供給される二酸化炭素の環境指標は、大気から回収した二酸化炭素、バイオマス燃料の燃焼により発生した二酸化炭素、化石燃料の燃焼により発生した二酸化炭素の３つに分類されることを特徴とする炭化水素化合物製造システム。 - 請求項５または６に記載の炭化水素化合物製造システムであって、
前記炭化水素化合物製造装置により生成された炭化水素化合物を貯蔵する貯蔵装置と、
前記二酸化炭素供給装置から供給される二酸化炭素の環境指標の経時変化をモニタする制御装置と、を備え、
前記制御装置は、モニタした二酸化炭素の環境指標の経時変化に基づき、前記貯蔵装置内の炭化水素化合物の成分率を決定することを特徴とする炭化水素化合物製造システム。 - 水素と二酸化炭素を原料として炭化水素化合物を生成する炭化水素化合物の製造方法であって、
原料である水素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の環境指標に基づいて、生成された炭化水素化合物の環境負荷レベルを分類することを特徴とする炭化水素化合物の製造方法。 - 請求項８に記載の炭化水素化合物の製造方法であって、
原料である水素の環境指標は、再生可能エネルギー由来の電力を利用して水を電気分解して生成される水素、二酸化炭素の回収および貯蔵プロセスを伴い生成される水素、化石燃料を原料として生成過程で二酸化炭素が大気中に放出される水素の３つに分類されることを特徴とする炭化水素化合物の製造方法。 - 請求項８に記載の炭化水素化合物の製造方法であって、
原料である水素の製造過程において使用された電力源の情報に基づいて、前記原料である水素の環境指標を決定することを特徴とする炭化水素化合物の製造方法。 - 請求項９または１０に記載の炭化水素化合物の製造方法であって、
前記原料である水素の環境指標の経時変化をモニタし、
前記モニタした水素の環境指標の経時変化に基づき、生成された炭化水素化合物を貯蔵する貯蔵装置内の成分率を決定することを特徴とする炭化水素化合物の製造方法。 - 請求項８に記載の炭化水素化合物の製造方法であって、
原料である二酸化炭素の供給源の情報に基づいて、前記原料である二酸化炭素の環境指標を決定することを特徴とする炭化水素化合物の製造方法。 - 請求項１２に記載の炭化水素化合物の製造方法であって、
前記原料である二酸化炭素の環境指標は、大気から回収した二酸化炭素、バイオマス燃料の燃焼により発生した二酸化炭素、化石燃料の燃焼により発生した二酸化炭素の３つに分類されることを特徴とする炭化水素化合物の製造方法。 - 請求項１２または１３に記載の炭化水素化合物の製造方法であって、
前記原料である二酸化炭素の環境指標の経時変化をモニタし、
前記モニタした二酸化炭素の環境指標の経時変化に基づき、生成された炭化水素化合物を貯蔵する貯蔵装置内の成分率を決定することを特徴とする炭化水素化合物の製造方法。
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