本文中假设在日本的燃气轮机联合循环（GTCC）中使用海外的无碳氢来生成合成甲烷，对发电成本、使用燃料时的二氧化碳排放强度和二氧化碳排放量进行了估算。在估算中采用了碳循环技术发展路线图等以2050年为目标的未来技术的各种规格。主要结论如下：

利用海外的甲烷化工艺制成的合成CH₄的发电成本低于液化H₂，而利用日本国内的甲烷化工艺制成的合成CH₄的发电成本高于液化H₂。
与天然气的CO₂排放强度相比，使用化石燃料来源的CO₂制成的CH₄具有约50%的CO₂削减效果，而利用CO₂再循环工艺的合成CH₄具有约90%的CO₂削减效果。
根据日本“绿色增长战略”，用于甲烷化工艺的CO₂量估计约为5000万吨/年。当这些CO₂来自大型发电厂时，1400MW级的GTCC发电厂仅能提供约5.0%，200MW级的木质生物质锅炉仅能提供约1.8%。

基于上述估算结果，在海外利用来自可再生能源的CO₂通过甲烷化工艺制成的合成CH₄占据优势。在CO₂采购量方面存在课题的情况下，可以通过CO₂再循环工艺，使CO₂采购量降为原来的约1/6。

背景

关于氢（H₂）的能源载体，其中之一是利用甲烷化工艺生成的合成甲烷（合成CH₄）^[1]。合成CH₄具有可在现有的液化天然气（LNG: Liquefied Natural Gas）设备中使用、不需要改造或增加设备的优点，但燃烧后会排放二氧化碳（CO₂）。其CO₂排放对全球变暖产生的影响取决于甲烷化工艺中使用的CO₂类型（化石燃料来源、可再生能源来源），因此需要在考虑这些因素的同时对合成CH₄的经济性和环境性做出评价。

目的

假设在日本国内的燃气轮机联合循环（GTCC：Gas Turbine Combined Cycle）发电设备中使用海外的无碳H₂来生成合成CH₄，对发电成本、直接CO₂排放强度^注1）,以及日本国内和海外的甲烷化工艺所需的CO₂采购量进行估算，从而明确有用的合成CH₄供应链。

主要成果

根据甲烷化工艺的场所（日本国内/海外）与用于甲烷化工艺的CO₂类型（天然气来源/木质生物质来源/CO₂再循环）的组合，假设了6种情况，另外，为了进行比较，还假设了以液化H₂或LNG作为直接燃料的情况等（图1）,对发电成本、直接CO₂排放强度、CO₂采购量进行了估算。在估算中采用了碳循环技术发展路线图等以2050年为目标的未来技术的各种规格。

1. 发电成本

对于每种情况，基于平准化度电成本^注²^）估算了发电成本（图2）。从海外采购的合成CH₄（②③④）比液化H₂（①）的发电成本低。这是由于虽然通过甲烷化工艺，使进口前的燃料成本（H₂原料、CO₂原料、甲烷化工艺的费用）约为液化H₂的1.6倍，但运输成本（液化、装货、海上运输、卸货的成本）仅为液化H₂的约1/3。与液化H₂（①）相比，日本国内制造的合成CH₄（⑤⑥⑦）不仅使用高运输成本的液化H₂，而且在日本国内进行甲烷化的成本也很高，因此其发电成本高。

2. 直接CO₂排放强度

对于每种情况，由化石燃料产生的CO₂向大气的排放量除以总发电量（作为甲烷化工艺中的CO₂来源的火力发电和消耗合成CH₄的火力发电的发电量），估算出直接CO₂排放强度（图2）。关于直接CO₂排放强度，与LNG（⑧）相比，使用天然气来源CO₂的合成CH₄（②⑤）只有约50%的CO₂削减效果，而使用通过CO₂再循环工艺获得的CO₂的合成CH₄（④⑦）在回收部分约有90%的CO₂削减效果。利用木质生物质来源CO₂的合成CH4（③⑥）达到碳中和。

3. CO₂采购量

在基于“绿色成长战略”将合成CH₄的发电量比例设定为10%的情况下，估算出甲烷化工艺的CO₂采购量约为5000万吨/年（②~⑦）。在从大型发电站采购CO₂的情况下,1400MW级天然气GTCC只能提供约5.0%，200MW级木质生物质锅炉只能提供约1.8%。因此，在日本国内很难采购到CO₂的全部所需量，从海外采购也只能在CO₂集中的地方进行。关于利用CO₂再循环工艺（④⑦）的采购量，由于包含CO₂回收量，因此经估算，需要新采购的CO₂量可以降低到500~900万吨/年。

4. 综合评价

从发电成本、直接CO₂排放强度、CO₂采购量的角度来看，利用木质生物质等可再生能源来源的CO₂，在海外通过甲烷化工艺形成的合成CH₄有望成为H₂能源载体。在CO₂采购量方面存在课题的情况下，可以通过CO₂再循环工艺，使CO₂采购量降为原来的约1/6。

图1 本研究中各情况的概念图

假设化石燃料来源的CO₂是天然气GTCC废气，可再生能源来源的CO₂是木质生物质锅炉废气，在CO₂再循环工艺中，发电时产生的CO₂的90%被回收，不足的10%从其他天然气GTCC废气中回收。图中“发电”的标记表示在该设备中进行发电。

图2 各种情况下设想的未来发电成本和直接CO₂排放强度

使用碳循环技术路线图等技术创新实现时的技术规格。CCS（碳捕获与封存）虽然引用了低成本的方法，但是由于选址的限制等导致实施的前景不明了，根据施工方法的不同还需要更多的成本。

注：

注1）根据相关设备的建设或消耗电力，会间接排放化石燃料来源的CO₂，但是本研究只考虑在各个情况下由燃料消耗直接产生的CO₂排放量。

注2）考虑到货币价值未来的不确定性，使用运行年数期间的总费用除以总发电量得出的数值。

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通过甲烷化工艺利用海外氢进行发电的经济性与环境性评价