マグネシウム精錬プロセスへのCBMの利用と CO2炭層固定の可能性ＮＰＯ法人地下資源イノベーションネットワーク出口剛太北海道大学大学院工学研究科資源システム工学研究室大賀光太郎資源・素材２００９（札幌）内容 • • • • • • 背景 CCSとCO2-ECBM 中国のCBM開発中国マグネシウム精錬産業の現状とCO2排出ピジョンプロセスへのCO2-ECBM適用可能性まとめ背景世界の一次マグネシウムの約80%は中国で生産熱還元法（ピジョンプロセス）による生産・エネルギー多消費(主に石炭燃料）・CO2排出係数が高い中国マグネシウム生産の約80%は山西省に集中山西省は中国有数の石炭＆炭層メタン（CBM）賦存地域中国11次5カ年計画・2010年にはCBM生産量を2006年比で20倍に CO2排出削減対策（燃料転換＆CCS, CO2-ECBM）・CBMをマグネシウム精錬のエネルギー源に・CO2分離回収・炭層固定 → CBM増産 CCS:CO2 Capture and Storage 二酸化炭素の回収・貯留に関する特別報告書 Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage モントリオールで開催されたIPCC 第３作業部会において発行承認 (2005年9月）大規模排出源でCO2を分離・回収し、長期間にわたり貯留・隔離することで大気中へのCO2の放出を抑制する技術 CO2の分離・回収、輸送、圧入、及び貯留という４つの機能分離・回収には、化学吸収法、物理吸収法、膜分離、物理吸着、及び深冷分離等がある輸送はパイプライン、タンクローリー、船舶等地中貯留と海洋貯留に分けられるが、地中貯留が先行地中貯留には、帯水層貯留、石油･ガス増進回収（EOR、EGR）、枯渇油・ガス層貯留、及び炭層固定（ECBM含む）等 CCSの有効性地中貯留のポテンシャル：2兆トンCO2 （世界の排出量の80年分）海洋貯留のポテンシャル：数兆トンCO2 ２１００年までに世界全体の排出削減対策のうち、ＣＣＳは累積で１５∼５５％貢献する CCS:CO2地中貯留の区分炭層固定の優位性炭層へのCO2の吸着 CH4の回収 CO2-ECBM その他深部石炭層枯渇油田・ガス田帯水層増進回収-油田・ガス田出典： IPCC Special Report on CCS 中国のCBM資源 • ＣＢＭ資源量３１兆m3（300-2,000m） • 在来型天然ガス資源量30兆m3 • CBM有望区域−115区域（平均ガス包蔵量 9.8 m3/t）オルドス炭田平均ガス包蔵量平均メタン濃度平均埋蔵量平均飽和度 9.8 m3/t 90.6 % 1.15 億m3 41 % 沁水炭田中国におけるCBM開発 CBM生産量（100万ｍ３） • 11次5ヵ年計画（2006） • CBM生産量2.5億m3（2006）→50億m3（2010） • 主に山西省（沁水炭田・オルドス炭田） 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 その他山西省 2006 2007 2008 2009 2010 年中国のCBM生産計画（11次5ヵ年計画より作成）主要CBM区域の状況項目単位沁水炭田オルドス炭田（東翼）炭層深度 m 300 ~ 1,000 500 ~ 1,500 炭層厚さ m - 8 ~ 13 CBM包蔵量 m3/t 19 ~26 12 ~ 23 ガス透過率 md 0.5 ~ 1.0 1.0 CBM埋蔵量 m3/km2 2 - 計画生産能力億m3 30 16 計画生産量億m3 40 11 中国マグネシウム精錬の現状 • 中国の生産量約66万トン（2007） • 全世界生産量の約80% • 中国の約80%は山西省で生産 China % by China 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 2000 01 02 03 一次Mg生産量の推移 04 年 05 06 07 08 （世界マグネシウム協会資料より作成）中国の生産割合 (%) 一次MG生産量（1,000t) Global マグネシウムの精錬工程 2 CaCO3・MgCO3 ドロマイト採掘 CO2 CO2 珪岩粉砕石炭鉄燃料フェロシリコン製造 1 FeSi2 焼成燃料粉砕 CO2 MgO 混合 CO2 CaCO3・MgCO3 → CaO・MgO ＋ 2CO2 2 Fe2CO3 ＋ 4SiO2 ＋ 11C → 2FeSi2 ＋ 11CO ブリケット化 3 3 燃料 1 → 2Mg ＋ (2CaO・SiO2) ＋ (Fe) 還元インゴット製造 2(CaO・MgO) ＋ (Fe)Si Mg 一次マグネシウム精錬工程のLCA （石炭使用） Energy Balance 537MJ/kg-Mg ブリケットその他 30 15 焼成 83 還元 221 フェロシリコン 188 GHG Balanc e 47kg-CO2/kg-Mg ブリケットその他 2 1 焼成 13 還元 17 フェロシリコン 14 ピジョンプロセスへのCO2-ECBM適用可能性モデルケース(山西省）・操業規模（Mg年間生産量）：10,000トン）・操業年数：15年・稼働率：95% ・燃料：石炭 CO2排出量（t-CO2/y） Fe-Si生産 140,000 ドロマイト焼成 130,000 （非エネルギー起源）（40,000） Mg還元 170,000 ブリケット化 10,000 その他 20,000 合計 Fe-Si生産 1,880,000 ドロマイト焼成エネルギー（GJ/y） 470,000 燃料転換石炭→CBM CCS CO2分離回収 CBM CO2 炭層固定 830,000 Mg還元 2,210,000 ブリケット化 150,000 その他 300,000 合計 5,370,000 CBM 増産 CBMに関する基本条件項目単位数値 CBM埋蔵量 Mm3/km2 CBM可採埋蔵量 Mm3/km2 100 CBM可採埋蔵量（CO2-ECBM) Mm3/km2 150 CO2-ECBM増産率 200 初期貯留層圧での吸着量 CH4：13m3/t CO2：20m3/t 石炭の吸着特性（沁水炭田の石炭） % 50 最大CO2貯留量ｔ-CO2/km2 450,000 CBM生産量 m3/d 1坑井当り 3,000 CBM生産量（CO2-ECBM） m3/d 1坑井当り 4,500 CO2圧入量炭層厚さ：10m ガス包蔵量：16m3/t t-CO2/d １坑井当り 40 Alberta Research Council：Development of China’s CBM Technology / CO2 Sequestration Project, Final Project Report, Project No. A-030841, Canada, March 2007 沁水炭田でのCO2-ECBM解析事例 (by ARC) ・炭層深度：470m ･炭層厚さ：6m ・ガス包蔵量：16m3/t ･ガス透過率：2md ・初期貯留層圧：1.3MPa 生産井注入井 Alberta Research Council：Development of China’s CBM Technology / CO2 Sequestration Project, Final Project Report, Project No. A-030841, Canada, March 2007 CO2-ECBMを適用したMg精錬主要工程 CO2排出削減：47万トン→16万トン CBM (CH4) 80 Mm3/y CBM (CH4) 114 Mm3/y CBM (CH4) 34 Mm3/y 電気煙道ガス排熱発電所ドロマイト CO2 40,000 t/y 電気 CBM (CH4) 21 Mm3/y 電気生産設備圧入設備焼成工程 CBM (CH4) 4 Mm3/y 配送設備 12~16MW 大気 CO2 140,000 t/y Fe-Si CO2 260,000 t/y ブリケット CBM (CH4) 55 Mm3/y 還元工程 CO2 分離回収装置煙道ガス排熱 CBM (CH4) 114Mm3/y 地表 CO2-ECBM鉱区 10 km2 主にＮ２大気その他工程ＲａｗＭｇ CO2 300,000 ｔ/y CO2 20,000 t/y 石炭層生産井：78本圧入井：22本全鉱区 12.1 km2 CBM燃焼によるCO2分離回収を伴わない場合 CO2排出削減：47万トン→38万トン CBM (CH4) 80 Mm3/y CBM (CH4) 100 Mm3/y 煙道ガス排熱ドロマイト CBM (CH4) 21 Mm3/y CBM (CH4) 20 Mm3/y 圧入設備 CO2 140,000 t-/y Fe-Si CO2 40,000 ｔ/y 煙道ガス排熱 CBM (CH4) 100 Mm3/y 大気 CO2 220,000 t/y ブリケット還元工程電気生産設備焼成工程 CBM (CH4) 55 Mm3/y 配送設備 7~9MW CO2 40,000 t/y CBM (CH4) 4M m3/y 電気発電所地表 CO2-ECBM鉱区 10 km2 CO2 20,000 t/y その他工程石炭層ＲａｗＭｇ生産井：95本圧入井：3本全鉱区 12.1 km2 まとめ中国のマグネシウム生産量は世界の80%（66万トン, 2007）大部分が石炭を燃料とするピジョンプロセスにより生産マグネシウム1トンの生産 →47トンのCO2を排出マグネシウム精錬工場は山西省に集中（80%）山西省は石炭資源が豊富で、CBMの賦存量も多い燃料転換＋CCS技術（CO2-ECBM)を適用 →大幅なCO2排出削減が可能年産1万トンのモデルケースでは66%の削減が可能天然ガス・コークスガス・石炭ガスや廃熱の利用も開始現地調査に基づくシミュレーションや経済性検討が必要我が国に蓄積された経験・技術が果す役割は大きい