下水バイオガス利用による水素創エネ技術の実証 · 2015年10月13日...

2015年10月13日

水素エネルギー社会形成研究会平成２７年度第２回セミナー

下水バイオガス利用による水素創エネ技術の実証

水素ステーション部水素ステーション部水素テシン部水素テシン部宮島宮島秀樹秀樹

目目次次

会社紹介会社紹介１１．．会社紹介会社紹介

２２.. 水素の使用用途、製造方法ついて水素の使用用途、製造方法ついて２２.. 水素の使用用途、製造方法ついて水素の使用用途、製造方法ついて

３３.. 水蒸気改質法について水蒸気改質法について

４４.. 水素ステーション充填パッケージの開発水素ステーション充填パッケージの開発

５５水素ステーションの展開水素ステーションの展開５５.. 水素ステションの展開水素ステションの展開

６６.. 下水バイオガス原料水素ステーションの紹介下水バイオガス原料水素ステーションの紹介

１１会社紹介会社紹介１１..会社紹介会社紹介

会社紹介会社紹介

会社概要

創立 : １９３５年（昭和１０年）

所在地 : 神奈川県川崎市所在地 : 神奈川県川崎市

資本金 : ３９.６億円

従業員数約名従業員数 : 約５4０名

企業理念

（１）環境・エネルギーのクリーン化技術で、地球環境保全に貢献する

企業理念

に貢献する

（２）「固体・液体・気体の分離」をコア技術として、お客様の設備高度化ニーズに貢献する設備高度化ニズに貢献する

（３）お客様の海外工場進出を技術力でサポートする

水蒸気改質の歴史水蒸気改質の歴史

1929年：ＩＣＩ社炭化水素の水蒸気改質技術開発1929年：ＩＣＩ社炭化水素の水蒸気改質技術開発1931年：天然ガス原料水素製造装置建設

ＩＣＩ & Standard Oil 米）Baton Rouge製油所1万Nm3/ｈ（3系列合計）

高化流れ高圧化の流れ1962年：ＩＣＩ社 1.5ＭＰａ G1967年 H ld T 社 4MP1967年： Haldor Topsoe社 4MPa

1963年：弊社がＩＣＩ水蒸気改質技術を導入1963年：弊社がＩＣＩ水蒸気改質技術を導入1964年：国内1号機を納入

東京ガス殿豊洲工場向東京ガス殿豊洲工場向高圧連続式都市ガス製造装置

水素製造装置の開発経歴水素製造装置の開発経歴

1960 1990 2000 2010

～～

1964 大型水素製造装置

～～

1996 中型水素製造装置

小型水素製造装置 1999 ＴＭ型

2005

2012

１３６基の実績１３６基の実績

≦ 300Nm3/h≦ 300Nm3/h

小型水素製造装置

200～1000Nm3/h200～1000Nm3/h

≦ 300Nm3/h≦ 300Nm3/h中型水素製造装置

≧1000Nm3/h≧1000Nm3/h

大型水素製造装置

≧1000Nm3/h≧1000Nm3/h

１７基

６５基

５４基

小型水素製造装置小型水素製造装置納入実績納入実績

TM型TM型

水素ステーション用：４基

その他産業用１０基その他産業用：１０基

水素ステーション用：３基水素ステション用：３基

その他産業用：２３基

水素ステーション用：１４基

スキッドマウントによるコンパクト化スキッドマウントによるコンパクト化

・工場組立・工場組立・現地工事の軽減期間短縮・期間短縮

工場出荷状況

２２.. 水素の使用用途、水素の使用用途、水素の使用用途、水素の使用用途、製造方法について製造方法について

水素の使用用途水素の使用用途

大規模需要・大規模需要原油の水添脱硫用、各種化学品製造の原料等

・中規模需要中規模需要水素ステーション、半導体製造、金属熱処理、ガラス製品加工油脂食品工業等ガラス製品加工、油脂，食品工業等

・小規模需要・小規模需要水素ステーション、半導体製造、金属熱処理、ガ製品加油脂食品業等ガラス製品加工、油脂，食品工業等

水素の製造方法水素の製造方法

炭化水素水蒸気改質メタノール改質水電解

対応能力数十～数万Nm3/h 数十～数千Nm3/h 数百Nm3/h以下

（単一ユニットとして）

特徴・工業用に最も多く採用されて・光ファイバーや半導体製造の増加・装置起動から水素発生までの

いるプロセスにより、納入数を伸ばしてきた時間が短くON/OFFが頻繁なるより、納入数を伸ばしてきた時間短く頻繁な

・装置の運転温度が800～900℃ プロセス水素使用に適す

と比較的高温・装置の運転温度が250～300℃と比較的高温・装置の運転温度が250～300℃

と比較的低温

水素1Nm3当たりの水素1Nm 当たりの天然ガス： 0.4Nm3 以下メタノール： 0.5～0.6 kg 電力： 4～6.5 kWh

主原料使用量

３３水蒸気改質法にいて水蒸気改質法にいて３３..水蒸気改質法について水蒸気改質法について

水素の製造方法水素の製造方法

炭化水素（メタン等）の水蒸気改質炭化水素（メタン等）の水蒸気改質ＣＨ4+Ｈ２Ｏ → ３Ｈ2+ＣＯＣＯ+ＨＯ → Ｈ +ＣＯＣＯ+Ｈ２Ｏ → Ｈ2+ＣＯ２

水素シ水素シ4.4. 水素ステーション水素ステーション充填パケジの開発充填パケジの開発充填パッケージの開発充填パッケージの開発

水素ステーション充填パッケージ水素ステーション充填パッケージの技術導入、開発の技術導入、開発の技術導入、開発の技術導入、開発

水素ステーション充填パッケージ CAR-100

技術導入元 H2 L i A/S （デンマク）・技術導入元 H2 Logic A/S （デンマーク）

・開発内容コンパクト設計等CAR-100の特長を活かし日本仕様の

低コスト充填パッケージとする

水素充填能力上・水素充填能力 300Nm3/h以上

・市場投入予定 2016年度

55 水素ステションの展開水素ステションの展開5.5. 水素ステーションの展開水素ステーションの展開

燃料電池車普及のシナリオ燃料電池車普及のシナリオ

燃料電池実用化推進協議会（FCCJ）資料

水素ステーション建設計画

2011年1月自ギ事等が自動車メーカー、エネルギー事業者等13社が、2015年迄に約100ヶ所の水素ステーションを建設する旨の、共同声

を表

自動車メカ

明を発表

自動車メーカートヨタ、ホンダ、日産

エネルギー事業者等JX日鉱日石エネルギー、出光興産、コスモ石油、JX日鉱日石エネルギ、出光興産、コスモ石油、昭和シェル石油、東京ガス、大阪ガス、東邦ガス、西部ガス、大陽日酸、岩谷産業大陽日酸、岩谷産業

水素ステーション建設計画

地域別建設予想数地域別建設予想数関東地区関西地区

: 約 40: 約 20関西地区

中京地区北九州地区

: 約 20: 約 20: 約 10

主要高速道路沿線 : 約 10

2015年度にて約80箇所の水素ステシン2015年度にて約80箇所の水素ステーションが開所予定。

弊社にて愛知県に2箇所のオンサイトステーションを建設中

水素ステーションの設備構成水素ステーションの設備構成

水素ステーションへの納入実績水素ステーションへの納入実績

新日本石油株式会社殿横浜旭水素ステション横浜・旭水素ステーション

原料水素製造能力施工範囲納入年

：ナフサ： 50Ｎｍ3/Ｈｒ（TM型）：基本設計から、土木・建築工事を除く水素ステーション全体を施工： 2001年納入年

備考： 2001年： 70MPa化改造工事（2009年）についても一式を施工


出光興産株式会社殿秦野水素ステーション

出光興産株式会社殿市原水素ステーション秦野水素ステション市原水素ステション

原料：灯油原料：灯油水素製造能力施工範囲

納入年

： 50Ｎｍ3/Ｈｒ（TM型）：基本設計から水素ステーション

全体を施工2004年

水素製造能力施工範囲

納入年

： 50Ｎｍ3/Ｈｒ（TM型）：基本設計から水素ステーション

全体を施工2006年納入年： 2004年納入年

備考： 2006年：機器類は秦野水素ｽﾃｰｼｮﾝから移設

日本初のｶﾞｿﾘﾝｽﾀﾝﾄﾞ隣接型


東京ガス株式会社殿羽田水素ステション羽田水素ステーション

原料水素製造能力

：都市ガス： 50Ｎｍ3/Ｈｒ（HyGeia）水素製造能力

施工範囲

納入年

： 50Ｎｍ /Ｈｒ（HyGeia）：水素製造装置及びCO2液化回収

設備の納入

： 2010年備考：日本初の天然ｶﾞｽｽﾀﾝﾄﾞ併設型


JX日鉱日石エネルギー株式会社殿神の倉水素ステション神の倉水素ステーション

原料水素製造能力

： LPG： 150Ｎｍ3/Ｈｒ（HyGeia-A）水素製造能力

施工範囲納入年備考

： 150Ｎｍ /Ｈｒ（HyGeia A）：水素製造装置の納入： 2013年：ｶﾞｿﾘﾝｽﾀﾝﾄﾞ一体型､商用

仕様水素ｽﾃｰｼｮﾝ

6.6. 下水バイオガス原料下水バイオガス原料66 下水イオガス原料下水イオガス原料水素ステーションの紹介水素ステーションの紹介

BB--DASHDASHプロジェクトの概要プロジェクトの概要

国土交通省による国土交通省による

下水道革新的技術実証事業（B-DASHプロジェクト）

（B kth h b D i A h i S Hi h T h l P j t)（Breakthrough by Dynamic Approach in Sewage High Technology Project)

目的目的・新技術の研究開発及び実用化を加速することにより、

下水道事業における温室効果ガス排出量及び建設下水道事業における温室効果ガス排出量及び建設コストの大幅削減を実現する併本邦企業よる水ビジネ海外展開を・併せて、本邦企業による水ビジネスの海外展開を支援する

水素リーダー都市プロジェクトの概要水素リーダー都市プロジェクトの概要

目的 : 下水バイオガス原料による水素創エネ技術の実証

福岡水素エネルギー戦略会議の平成２４年度製品開発支援事業（「FS調査」事業）の成果を基にした事業提案が、国土交通省平成２６年度「下水道革新的技術実証事業」に採択された。

〔実証事業実施者〕〔実証事業実施者〕福岡市、九州大学、豊田通商、三菱化工機

〔実証フィールド〕〔実証フィルド〕福岡市中部水処理センター

〔実証の概要〕〔実証概要〕膜分離設備を組み合わせた水素製造技術により、消化ガスから効率的に高品質の水素を精製するとともに、燃料電池自動車に供給するとにより水素の安定的な供給およびネギ創出効果等することにより、水素の安定的な供給およびエネルギー創出効果等を実証する。

水素リーダー都市プロジェクトの概要水素リーダー都市プロジェクトの概要

実証設備イメージ

設備フロー図設備フロー図

脱硫精製設備

ガスホルダー未利用：約３０％

下水汚泥等

消化槽汚泥貯留槽脱水機

消化ガス

たい肥

ＣＨ4 60％ＣＯ2 40％

消化槽

消化液分離槽

脱水機たい肥

液肥

水素ステーション

水素製造装置膜分離装置

圧縮機蓄圧器ﾃﾞｽﾟﾝｻ

温水・蒸気ボイラー

熱

水素製造装置膜分離装置

FCV

圧縮機蓄圧器ﾃﾞｨｽﾍﾝｻｰ

CO２分離回収（カーボンポジティブ化）

ガスタービン・エンジン

発電（２８％）

熱利用（４２％）

ガス精製都市ガスラインガス精製都市ガス（１％未満）

都市ガスラインへ

NGV燃料

実証設備規模

消化ガス2400 3/D2400Ｎｍ3/DＣＨ4：60％

一日あたり約65台分の燃料電池車をフル充填可能

消

水素3302Ｎｍ3/D

H2：99 97％以上化タンク脱硫装置

前処理

設備

水素製造

設備

ガスホルダH2：99.97％以上

燃料電池自動車

CO2回収

設備水素圧縮、蓄圧、

供給設備膜透過側ガス

水素輸送車

供給設備

ＣＯ2：91％

提案技術範囲提案技術範囲提案技術範囲提案技術範囲

消化ガスの前処理方法消化ガスの前処理方法

濃縮メタンガス

CH4：約 92％

CO2等

濃縮CO2

CO2：約 90％

メタンガス消化ガスCH4：約 60％CO2：約 40％

分離膜の構造分離膜の構造

バイオガス仕様水素製造装置バイオガス仕様水素製造装置

＜技術的課題＞＜技術的課題＞

１）消化ガス中の不純物が水素製造装置に与える影響。置に与える影響。（高沸点炭化水素およびCO2）２）消化ガスからの高純度水素品質確保。（濃度変動等の影響調査）（濃度変動等の影響調査）

水蒸気改質 CH H O CO 3H

＜消化ガスから水素が製造される仕組み＞＜実証項目＞

１）設計時において腐食対策等を材料水蒸気改質： CH4+H2O→CO+3H2

CO+3H2⇔CH4+H2O

シフト： CO+H2O⇔CO2+H2

１）設計時において腐食対策等を材料選定により回避している。２）水素精製工程（PSA装置）において水素純度を安定的に供給できるシ

精製： PSAによるCO2等の吸着分離て水素純度を安定的に供給できるシステムを搭載する。

実証設備構成実証設備構成

水素製造装置前処理設備 CO2回収設備

水素圧縮設備

蓄ガス設備

水素カードルユーティリティ設備

管理棟

ディスペンサー

キュービクル

設備全景設備全景

実証設備写真一覧

シロキサン除去塔備膜分離設備水素製造装置

水素圧縮機蓄ガス設備ディスペンサー

実証試験成果実証試験成果

実証項目目標値実証試験結果

1.前処理設備1.前処理設備

1）消化ガス処理量 2,400Nm3/日以上 2,400Nm3/日

2）シロキサン除去 0.265mg/Nm3以下 0.250mg/Nm3

3）精製ガスメタン濃度 92%以上 93 7%3）精製ガスメタン濃度 92%以上 93.7%

4）メタン回収率 90%以上 92.6%

2.水素製造設備

1）水素製造量 3 302N 3/日以上 3 311N 3/日1）水素製造量 3,302Nm3/日以上 3,311Nm3/日

2）水素製造品質 ISO規格に適合 ISO規格に適合（水素純度99.999%以上）

3.水素供給設備

1）圧縮圧力 82MPa 82MPa

2）充填速度水素5kgを3分以内水素5.3kgを3分で充填。

4.CO2液化回収設備

1）回収CO2濃度 99%以上 99.52%

2）CO2回収量 700kg/日 765.6kg/日） 2回収量 g/日 g/日

3）回収CO2品質 JIS2種に相当 JIS2種に相当

下水バイオガスによる水素製造の意義下水バイオガスによる水素製造の意義

１ＦＣＶおよび水素ステションの普及促進１．ＦＣＶ、および水素ステーションの普及促進･下水バイオガスは､ＦＣＶ普及初期の需要地である都市部に於いて発生する都市型バイオマスエネル都市部に於いて発生する、都市型バイオマスエネル

ギーである

･2015年迄に四大都市圏を中心に100箇所程度の水素ステション設置が進んでいるが都市部におい素ステーション設置が進んでいるが、都市部においては用地の問題他で設置数が伸びていないかたや下水処理場は都市部にある公共用地であかたや、下水処理場は都市部にある公共用地であり、水素ステーション用地に適している

下水バイオガスによる水素製造の意義下水バイオガスによる水素製造の意義

２．バイオマスエネルギーで下水バイオガスからの水素製造は、CO2フリーであり、水素供給の将来像を実現

３地産地消のエネルギである下水バイオガスの利用により３. 地産地消のエネルギーである下水バイオガスの利用により、エネルギー自給率向上による、輸入エネルギーの削減にもつながるもつながる

出展：水素・燃料電池戦略ロードマップ

今後の展望今後の展望

下水処理場から発生するバイオメタンガス人口 (千人） 5,627

消化槽数 25

北海道

余剰メタン(千Nm3/日) 55

東北

全国約2,145 ヶ所（2010年度）の下水処理

場のうち、約300ヶ所が消化槽（メタン発酵人口 (千人） 12,065

消化槽数 32


東

槽）を保有

FCV数十万台が１年間に使用する水素を

人口 (千人） 17,635

消化槽数 51


中部

人口 (千人） 10 950

中四国

供給できるポテンシャルを持つ

人口 (千人） 42,372

消化槽数 41


関東人口 (千人） 10,950

消化槽数 50


人口 (千人） 24,391

近畿

人口 (千人） 14,713

九州

人口 (千人） 127,753

合計

人 (千人） ,

消化槽数 30


人 (千人） ,

消化槽数 73


消化槽数 302


出典：平成22年度下水道統計

まとめまとめ

本実証研究により、下水バイオガスから水素を製造し、燃本実証研究により、下水バイオガスから水素を製造し、燃料電池自動車に供給する事業が実現可能であることがわ料電池自動車に供給する事業が実現可能であることがわ料電池自動車に供給する事業が実現可能であることがわ料電池自動車に供給する事業が実現可能であることがわかった。本事業が普及していくことにより、以下の効果がかった。本事業が普及していくことにより、以下の効果が期待される期待される

・化石原料由来の水素と比し、炭酸ガス削減効果が大きい。

期待される。期待される。

・ＦＣＶ、および水素ステーションの普及促進に貢献できる。

・エネルギー自給率の向上による輸入エネルギーの削減が可能。エネルギ自給率の向上による、輸入エネルギの削減が可能。

本年度も以下の項目に関する実証研究を継続する。本年度も以下の項目に関する実証研究を継続する。本年度も以下の項目に関する実証研究を継続する。本年度も以下の項目に関する実証研究を継続する。・耐久性評価・耐久性評価・本技術のガイドライン化・本技術のガイドライン化本技術のガイドライン化本技術のガイドライン化・事業性評価・事業性評価等等

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