液化時の熱量、輸送性など優位
ＩＨＩは２千キロワット級ガスタービン（ＧＴ）で、温室効果ガスをほぼ排出せずにアンモニアの専焼を成功させた。アンモニア燃料利用といえば石炭火力で混焼するイメージが強い。しかし、アンモニアは水素と比べて液化時に質量当たりの熱量が高く、輸送技術も既に確立されていることなどから、コストをはじめ総合的に優位性が高いと見込む。約１０年にわたる研究で一定の成果を上げており、今後は連続運転や実機を使った実証を行って商用化を目指す。
ＩＨＩのアンモニア燃焼に関する研究は、２０１３年度の文部科学省「先端的低炭素化技術開発（ＡＬＣＡ）」までさかのぼる。１４年度には内閣府の戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ）にも参画した。
水素取り出しより直接燃焼
技術開発本部技術基盤センターエネルギー変換グループの内田正宏主査は、「本当にアンモニアが燃えるのか、最初は社内でも懐疑的だった」と振り返る。研究室内で炎にアンモニアを投じても、燃えているのか分からなかったという。
気体のアンモニアは重さ当たりの低位発熱量が水素の１５％程度にとどまる。燃焼速度が遅く、火炎温度は低い。だが、液体での密度はアンモニアの方が１０倍弱高く、輸送効率では上回る。また、水素より沸点が高いので液化に要するエネルギーを抑えられる。輸送技術は肥料分野で既に確立されており、ＩＨＩはアンモニアから水素を取り出すよりも直接燃焼する道を選んだ。
燃焼に関しては、気体ではなく液体を噴霧する方式を採用。気化設備と気化後の燃料調整用タンク、配管内で再び液化するのを防ぐためのヒーターが不要になり、全体的に設備をシンプルにできる。気体より液体の方が燃えにくいが、今後の技術開発も見据えて総合的に判断した。
燃焼時の有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出削減も大きな課題だ。二酸化炭素（ＣＯ２）の約３００倍の温室効果を持つ亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）については、ほぼ排出せずに専焼することに成功した。また、アンモニアは腐食性が高い。２４～２５年度に予定する連続運転では、材料の耐久性確認も重要なポイントになる。
２６～２７年度には商用化への最終段階として実地での実証を目指す。自社事業所だけでなく、顧客設備のＧＴで実証することも視野に入れる。２千キロワット級ならアンモニア供給が容易で、導入の障壁は低いとみられる。
ソリューション統括本部アンモニアバリューチェーンプロジェクト部の加藤壮一郎主幹は、「２千キロワット級ではアンモニアの消費量が限定的。大型火力で燃やすなどして需要を増やしていけば、世界中から投資も集まり、コストが下がる。そうでないと結局は２千キロワット級も普及しない」と強い意欲を示す。
１年前倒し、期待の裏返し
ＩＨＩはＪＥＲＡと碧南火力発電所４号機（石炭、１００万キロワット）で行うアンモニア２０％混焼を２３年度に始める。世界的に加速する脱炭素の動きを踏まえ、当初計画から１年早めることになった。
「アンモニアがそれだけ期待されていることの裏返し。技術者は安全に無理なく進めたがるが、そうした動きに後押しされたことでＧＴ専焼も早く成果を上げられた」と加藤氏。総力を挙げてアンモニア燃料利用の社会実装を急ぐ構えだ。
電気新聞２０２２年８月１８日
