炭素回収の未来を形作る先端材料

キム・ヘジン、フィリップ・アリエンヌ

発電、化学、鉄鋼など、いくつかの産業は炭素問題を抱えている。 世界中の規制機関が炭素排出を抑制するために、炭素税や排出権取引などの野心的な目標や期限、義務付けを設定したため、炭素排出を削減することがこれまで以上に急務となっている。同時に、これらの産業界は、従来の炭素を排出する化石燃料に依存するエネルギー需要の着実な高まりに対処する必要がある。

こうした課題に取り組む最前線にあるのが、大気中に放出される前に炭素を回収・貯蔵する炭素回収・利用・貯蔵(CCUS)技術である。

二酸化炭素排出量削減の戦いにおいて、この重要な手段が直面する重大な課題のひとつは、バリューチェーン全体のインフラと設備をアップグレードすることである。例えば、CCUSの重要な構成要素である炭素回収(CC)を考えてみよう。CCには、さまざまな技術準備レベル(TRL)の技術があり、それぞれに課題がある。主な炭素回収技術は4つある:燃焼後、燃焼前、酸素燃焼、直接空気回収(DAC)である。

4つの有望な炭素回収技術

炭素の課題に効果的に対処し、有望な解決策を見つけるためには、4つの主要なCC技術の違いを理解することが不可欠である:

  1. ポスト燃焼は、4つの技術の中で最も成熟した技術であり、応用範囲が最も広く、炭素回収における最大の市場セグメントを代表する。化学溶媒(通常、アミン系)または物理溶媒(Selexol、Rectisol、Fluor™など)を広く利用するが、化学溶媒が非常に優勢である。化学溶剤はCO2とともに腐食性があり、シールや摩耗部品に影響を与え、バルブ、ポンプ、熱交換器などの機器の故障につながる可能性がある。ポスト燃焼技術は、発電、石油化学、鉄鋼、セメントなど、さまざまな産業で応用されている。
  2. 予備燃焼は、天然ガスコンバインドサイクルプラント、ガス化複合発電(IGCC)プラント、天然ガス改質プロセスで使用される可能性のある、次の主要技術である。現在市販されている燃焼前CC技術は、一般に吸着プロセス1を使用しており、圧力スイング吸着(PSA)または温度スイング吸着(TSA)が可能である。圧力スイング吸着(PSA)プロセスは、TSAよりも商業化されている。PSAプロセスは、炭素を分離しながら水素を回収・精製するためにも利用されており、水素の需要が高まるにつれて有利な選択肢となっている。しかし、このプロセスは、高いサイクル速度(最大20万回/年2)、高いプロセス圧力、双方向の供給ガス流で運転される。これらはすべて、機器の摩耗を早め、信頼性の問題を引き起こす可能性がある。   
  3. 酸素燃焼は、空気中の窒素を除去し、ほぼ純粋な酸素を燃焼に利用する。この技術の主な利点は、窒素がないため窒素酸化物の発生が少なく、CO2の回収率が高いことである。しかし、酸素濃度が高いため、このプロセスは高温(3000~4500°F以上)になる。そのため、装置には高温に耐える材料と、高濃度のCO2による腐食環境に耐える材料が必要となる。例えば、バイオマス発電産業は、炭素回収・隔離を伴うバイオエネルギー(BECCS)と呼ばれる酸素燃焼を利用している。
  4. ダイレクト・エア・キャプチャー(DAC )は、大気から直接CO2を回収するため、ネガティブ・エミッション技術として認められている。DACプロセスでは主に液体溶剤と固体吸着剤が利用されるが、液体溶剤はプロセス装置に腐食の脅威をもたらす。DACは現在、まだ商業的展開には至っていないが、米国、カナダ、EU、英国などの主要市場における政府の支援に支えられ、急成長の可能性を秘めている。最新の開発は、DAC技術から回収されたCO2をセメント業界や食品・飲料業界で使用することである。      

炭素回収の課題に挑む

このような課題に対応するため、グリーン・ツイードの素材ポー トフォリオは、炭素回収市場の最も過酷な環境下でも、高い 性能を発揮し、長持ちする信頼性の高いソリューションです。例えば、高温と侵食性の高い溶媒を必要とするポストコン 燃焼プロセスやDACプロセスを考えてみましょう。当社が最近発売したChemraz® 541のようなパーフロロエラストマー(FFKM)Oリングは、アミンサービスにおいて非常に優れた性能を発揮します。これらの先端材料から作られた部品は、メカニカルシール、ポンプ、バルブ、吸収器、再生器などの機器の信頼性と寿命の向上に貢献します。WR® 600およびWR 650®は、ポンプ用ベアリングやブッシングに使用されるPFA複合材料で、高温下でもDEAやMDEAなどのアミンに対して優れた耐性を示します。Arlon 3000XT®架橋PEEKなどの一部の材料は、カラムパッキンなどの用途で機械的特性の劣化が懸念される場合に代替材料を提供します。

グリーン・ツィードの商業・エンジニアリングチームは、お客様の ニーズに合った最適なソリューションの選定をお手伝いします。グリーン・ツィードの素材ソリューションが、持続可能で効率的な炭素捕捉プロセスに向けて、どのようにお客様のお役に立てるか、ご遠慮なくお問い合わせください。

1.https://www.energy.gov/fecm/pre-combustion-carbon-capture-research

2.フローサーブ - PSA用途におけるバルブの信頼性と性能の向上

3.https://netl.doe.gov/node/7477