中国：炭化水素からの水素 - テクノロジーとエコロジー? 

中国で水素というと、すぐに「グリーン」を思い浮かべる人が多いでしょう。電解。しかし、地球上の現実、特に産業規模では依然として異なります。主な量は依然として炭化水素からの水素であり、ここには業界のレポートではよく隠されている多くのニュアンスが含まれています。私自身、水蒸気メタン変換に関するいくつかのプロジェクトに携わってきましたが、ここで言えることは、エコロジーに関する議論は単純なスローガンに還元できるものではありません。それは、経済性、利用可能なテクノロジー、そして現在誰もが非常に懸念している二酸化炭素排出量の間の絶え間ないトレードオフです。

技術基盤：SMRだけではない

はい、水蒸気メタン改質 (SMR) は古典的なものです。しかし、中国では現地の原材料に調整を加えて実施されています。私たちは、理想的な天然ガスではなく、関連する石油ガスやコークス炉ガスを扱うことがよくあります。組成が不安定なので、触媒を使用すると頭が痛くなります。山西省のあるプロジェクトを思い出します。そこでは、原料中の硫黄含有量が高いため、前処理スキームを完全に見直さなければなりませんでした。標準溶液は適切ではありませんでした。その結果、酸化亜鉛とゼオライトをベースとした吸着剤を使用したハイブリッド システムが開発されました。効率はそのレベルに達しましたが、変換触媒の耐用年数はまだ 15% 短縮されています。これが適応の代償です。

部分酸化 (POX) は、重質原料の場合は別の話になります。この技術はエネルギーを大量に消費し、複雑で高価な酸素ユニットを必要とします。しかし、場合によってはそれなしではやっていけないこともあります。遼寧省のある製油所では、タールを処理するためのPOX装置を導入したところだった。主な問題はプロセスにあるのではなく、付随する装置、つまり反応器や熱交換器用の耐熱合金にありました。腐食や浸食に関する絶え間ない問​​題。中国の類似品が常に耐えられるわけではありませんでした。高価な輸入資材を購入する必要があったため、当初はプロジェクトの経済的利益が打ち消されました。

現在、より柔軟な技術として自己熱改質 (ATR) が話題になっています。水素収量と排出量の点で優れていると言われています。紙の上では - はい。しかし実際には、酸素/蒸気/供給物の比率を正確に制御することが鍵となります。ほんのわずかな失敗でも、最適なプロセスではなく、煤または未変換のメタンが発生することになります。私はそのような設備をパイロットコンプレックスで立ち上げようとする試みを見ました。制御システムは実験室の理想的な条件下で「研ぎ澄まされ」ましたが、実際にはガスラインの圧力変動がすべてを台無しにしました。アルゴリズムを微調整するのに 1 か月かかりました。したがって、このテクノロジーは有望ですが、それでも多くの「慣らし運転」が必要です。フィールドで。

生態学的パラドックスと CCS のトリック

これが主な障害です。メタンから水素を製造すると必然的にCO2が発生します。多くの。したがって、現在、「低炭素」を主張する中国のすべてのプロジェクトには、「CCS 対応済み?」という接頭辞が付いています。または「炭素が捕捉された」。しかし、準備ができていることと、実際に実装することは別のことです。主な問題は捕獲技術（高価ではありますが）ですらなく、物流と保管です。このCO2はどこに行くべきなのでしょうか？工場の近くには、工業規模で保管できる地層はあまりありません。

プロジェクトの評価に携わった炭化水素から水素を作る新疆ではフルサイクルCCSを実施。技術的には、90% 回収、枯渇したガス田まで 150 km 離れた CO2 を輸送するパイプラインなど、すべてが計算されています。しかし経済は不安定だ。回収および埋設された CO2 の 1 トン当たりのコストは、「クリーンな」CO2 から得られる潜在的な利益をすべて使い果たしてしまいます。水素。このプロジェクトは最終的に凍結され、政府の補助金の増額や炭素割り当ての価格の引き上げを待った。これまでのところ、中国における CCS は大規模な実践というよりも実証プロジェクトに近いものです。

もう一つは間接排出です。誰もが変換プロセス自体からの炭素を数えますが、「グレー」の部分を忘れることがよくあります。コンプレッサー、ポンプ、制御システムの動作のための電気の生成によるフットプリント。ネットワークが石炭に接続されている地域に発電所が設置されている場合、全体的な排出状況は 20 ～ 25% 悪化します。したがって、現在では、少なくとも部分的にニーズをカバーするために、設計時に独自の再生可能エネルギー設備を使用することが増えています。しかし、これではまた値段が上がってしまいます。

機器と位置特定: 私たちは今どこにいるのでしょうか?

以前は、主要な機器（改質器、合成ガスコンプレッサー、PSA システム）は、Linde、Air Products、Topsoe から積極的に購入されていました。現在の傾向は完全なローカライゼーションに向かっています。中国のメーカーは、合成ガスカラム、熱交換器、制御システムの製造においてすでに良好なレベルに達しています。しかし、高温ゾーン用の触媒や一部の特殊合金には依然として困難があります。

との作業成都宜之科技有限公司（これは華西テクノロジーによって設立された設計研究所です）、彼らのアプローチを観察しました。彼らは既製のソリューションを複製するだけでなく、クライアントの特定の原材料に合わせて技術パッケージを適応させることもよくあります。彼らのウェブサイトyzkjhx.ru実際、これはそのような非標準プロジェクトのポートフォリオです。彼らは独自の開発を行っています - 硫黄被毒に対する耐性を高めたメタン変換用の多層触媒です。四川省の施設で導入されました。結果は悪くありませんが、やはり理想的な条件です。負荷の突然の変化により、活性は輸入類似品よりも早く低下しました。進歩はありますが、完全に同等に達するにはまだ努力が必要です。

興味深いケースは、低および中電力の既製のモジュラー設備の使用です。これは、ガソリン スタンドなどでの分散型水素製造の傾向です。ここではYizhi Technologyを含む中国企業が非常に活発に活動している。組み立て、接続し、起動します。しかし、中国北部の厳しい冬や南部の高湿度において、このような「すぐに使える」ソリューションの信頼性は大きな疑問です。頻繁なメンテナンス停止とフィルター交換。信頼性は、大型の定置型複合施設に比べてまだ劣ります。

中間体: 合成ガスの役割

見落とされがちなことは、水素の生成が必ずしも最終目標ではないということです。合成ガス自体も貴重な原料です。強力な化学産業を持つ中国では、これは非常に重要です。多くのプロジェクトは当初、柔軟な生産として考えられています。今日は製油所の水素収量を最大化し、明日はメタノールまたはアンモニアの生産モードに切り替えます。

市況の変化（水素価格の下落、メタノール価格の上昇）により、緊急にオペレーティングシステムを変更しなければならない状況に遭遇しました。これは単なるセットアップではなく、水素微精製システム (PSA) のカートリッジの物理的な交換とコンプレッサー システムの再調整でした。ダウンタイムは1ヶ月近くありました。現在、新しい設備を設計する際には、はるかに大きな柔軟性が組み込まれていますが、これはやはり資本コストの増加を意味します。

もう一つの側面は水素の純度です。燃料電池には最高の精製度 (最大 99.999%) が必要です。炭化水素原料を使用してそれを達成することは困難であり、費用がかかります。主な不純物である CO と CO2 は、燃料電池の触媒にとって有害で​​す。標準的な吸着方法では、必ずしも望ましい結果が得られるわけではありません。高温変換、次に低温変換、次に PSA、そして場合によっては膜分離を組み合わせる必要があります。ステージが追加されるたびに、プレッシャー、エネルギー、そしてもちろんお金が失われます。そこで「輸送用の水素？」メタンから得られる水素は、純度要件が低い石油精製用の同じ水素と価格で競争することはまだできません。

将来を見据えて: このセグメントはどうなるでしょうか?

緑色の水素に関するあらゆる誇大広告にもかかわらず、炭化水素の灰色と青色の線が今後長い間中国を支配するでしょう。その理由は、インフラストラクチャ、コスト、そして最も重要なことに、原材料の入手可能性です。問題は、環境の観点からこのプロセスをどのように受け入れられるものにするかです。私は、将来は 1 つの画期的な進歩にあるのではなく、一連の対策にあると考えています。地理的および経済的に正当化される場合には CCS を段階的に導入することです。施設の電力供給のための再生可能エネルギー源とのハイブリッド化。また、製品単位あたりの原材料とエネルギー消費量を削減するために、触媒と熱回路の効率化に継続的に取り組んでいます。

多くは炭素価格政策に依存します。 CO2 排出コストが大幅に増加すると、プロジェクトの経済性は劇的に変化します。現在、多くの意思決定は長期的な生態学ではなく、短期的な経済学に基づいて行われています。

私個人としては、差し迫った水素用炭化水素原料の完全な放棄については懐疑的です。むしろ、そのニッチな部分を見ていきます。消費センターまたは CO2 貯蔵所の近くにある大規模で近代的な、おそらくハイブリッド (部分的にバイオメタンを使用) 複合施設。また、遠隔地または小規模の消費者向けに、再生可能エネルギー源を利用した電解装置が開発される予定です。しかし、基礎となる化学産業や石油精製は、あと20～30年はメタンとその類似物質の変換技術に基づいたままになるだろう。重要なことは、問題を隠蔽することではなく、環境コストを含むすべてのコストを考慮して、誠実に問題に取り組むことです。