客觀日本

「甲烷化」競爭,大阪氣體和東京氣體開發新一代技術

2021年10月07日 能源環境

作爲城市氣體的原料,由氫和二氧化碳(CO2)合成甲烷的新一代 「甲烷化」技術競賽已經開始。與傳統方法相比,新技術透過提高能源轉化效率來降低甲烷的製造成本。爲達成日本政府提出的2050年實施溫室氣體淨零排放的目標,氣體公司正儘快開發技術。

甲烷化是利用從工廠等回收的CO2與透過再生能源電力生成的氫來製造城市氣體的主要成分甲烷的技術。由於是以排放的CO2爲原料,因此透過甲烷化技術製造的城市氣體被認爲實施了不排放CO2的「無碳化(Carbon Free)」。

日本氣體協會提出了2030年之前使甲烷化投入實際應用的目標。首先打算開發的是採用「薩巴捷反應」的常規方法。即利用再生能源電力制氫,然後利用專用裝置使氫與CO2發生反應,合成甲烷。

然而,由於在反應程序中會產生大量熱損失,因此能源轉化效率一般只有55~60%左右。這使得難以實施大型化及提高效率。

目前甲烷的價格約爲1標準立方米(標準條件下的氣體體積)40~50日元。利用甲烷化技術製造的成本約爲350日元。因此,爲降低成本,各大城市氣體公司開始開發新一代技術。

大阪氣體公司開發的是「SOEC甲烷化技術」,利用固體氧化物電化電池(SOEC)將水與CO2一起電解,然後利用生成的氫和一氧化碳(CO)製造甲烷。

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大阪氣體開發的新型SOEC單體電池(圖片由該公司提供)

甲烷在合成反應中產生的廢熱被有效用於電解水和CO2時的吸熱反應。與傳統方法相比,具有降低熱損失的優勢,並且能將轉化效率提高到85~90%。

大阪氣體在2021年1月宣佈試製了適合大規模化的SOEC。此前一直使用陶瓷,但此次透過以金屬爲基底層,然後用一層薄薄的陶瓷層覆蓋表面等,強化了抗衝擊能力。計劃2030年前後確立該技術,2040年代開始全面導入。

東京氣體也開始開發多種新一代技術。其中之一是名爲「混合薩巴捷」的方式。從電解水到合成甲烷將實施一體化。此外,包括利用微生物的方式等在内,還計劃推進其他方式的技術驗證和開發。

雖然採用傳統方法的甲烷化也尚未實施商業化,但其作爲去碳技術備受期待。如果未來能夠普及,在去碳社會也可以直接利用現有的供氣網,還能減量設備的投資等。透過技術開發能多大程度降低成本是實施商業化的關鍵。

日文:落合修平、《日經產業新聞》,2021/09/22
中文:JST客觀日本編輯部