メタネーションのデメリットは？原理と実用化を徹底解説

2024年1月8日

「メタネーションは環境に効果あるの？」「メタネーションは実用化が進んでるの？」「メタネーションの実用を頑張ってる企業はあるの？」といった、メタネーションの疑問を解決する記事を書いていきます。

メタネーションって何？原理を解説

まずメタネーションって何？って方のために、さくっと解説します。

メタネーション（methanation）は、一酸化炭素（CO）や二酸化炭素（CO2）をメタン（CH4）に変換する化学反応のプロセスです。このプロセスは、水素（H2）を含むガスとCOまたはCO2を反応させることによって行われます。メタネーションは、化石燃料の代替として再生可能エネルギー源から生成されたメタンを生産するため、またCO2排出量の削減にも利用される、持続可能なエネルギー技術の一つです。

メタネーションの原理

メタネーション反応は、主に以下の二つの化学反応で構成されています。

COとH2からのメタン生成：この反応では、一酸化炭素と水素が反応してメタンと水が生成されます。
CO2とH2からのメタン生成：この反応では、二酸化炭素と水素が反応してメタンと水が生成されます。

これらの反応は触媒の存在下で行われ、一般に高温（250-400℃）と高圧の条件が必要です。使用される触媒には、ニッケル、ルテニウム、ロジウムなどの金属が含まれます。

メタネーションのデメリット

メタネーション技術は二酸化炭素をメタンに変換することで、再生可能エネルギーの利用拡大や温室効果ガスの排出削減に貢献する可能性を持っていますが、いくつかのデメリットも存在します。

エネルギー効率の問題：
- メタネーションはエネルギーを消費するプロセスです。特に、水素を生成し、それをCO2と反応させるためには、相当量のエネルギーが必要です。このエネルギーが再生可能エネルギー源から得られない場合、全体的な環境への利益が減少します。
高いコスト：
- メタネーション技術の開発と実装には高いコストがかかります。設備投資、運用コスト、メンテナンスコストが大きな負担となる可能性があります。
触媒の寿命とコスト：
- メタネーション反応には触媒が必要ですが、これらの触媒は高価で、時間とともに効率が低下する可能性があります。
インフラストラクチャの課題：
- メタネーション技術を広範囲に展開するには、適切なインフラストラクチャが必要です。これには、CO2と水素の供給源、輸送、貯蔵設備などが含まれます。
メタンの温室効果ガスとしての影響：
- メタンは二酸化炭素よりも強力な温室効果ガスです。メタネーションによって生成されたメタンが漏洩すると、環境への悪影響が大きくなる可能性があります。
技術的な課題：
- メタネーションプロセスは高温・高圧の条件下で行われるため、技術的な課題が多く、安全性の確保が必要です。
持続可能性の問題：
- メタネーションが化石燃料由来のCO2を使用する場合、その持続可能性に疑問が生じます。再生可能エネルギー源からのCO2を使用することが理想的ですが、それには限界があります。

総合的な考慮

メタネーション技術は、環境への影響を最小限に抑えつつ、エネルギー効率と経済性を高めるために、さらなる研究開発が必要です。また、この技術の実用化には、エネルギー供給の持続可能性、コスト、インフラストラクチャの整備、技術的な課題の克服など、多くの側面を考慮する必要があります。

メタネーションの実用化と応用

合成天然ガス（SNG）の生産：
- メタネーションは、バイオマスや廃棄物から生成されたガスを合成天然ガス（SNG）に変換するのに使用されます。これにより、再生可能エネルギー源からのメタンの生産が可能になります。
CO2排出量の削減：
- 二酸化炭素をメタンに変換することで、CO2排出量を削減し、温室効果ガスの排出を減らすことができます。
エネルギー貯蔵：
- 風力や太陽光などの再生可能エネルギー源から生成された電力を、水素製造に使用し、その水素をメタネーションによってメタンに変換することで、エネルギーを貯蔵することができます。

メタネーションは、再生可能エネルギーの利用拡大と温室効果ガス排出削減のための有望な技術とされています。ただし、この技術の広範な実用化には、エネルギー効率の向上、コスト削減、触媒の安定性と寿命の向上など、さらなる研究開発が必要です。

メタネーションに積極的に取り組んでる日本企業

メタネーション技術に積極的に取り組んでいる日本の企業には以下の通りです。

川崎重工業株式会社:
- 川崎重工は、CO2をメタンに変換するメタネーション技術の開発に取り組んでいます。特に、二酸化炭素を有効利用する技術の開発に注力しています。
三菱重工業株式会社:
- 三菱重工も、メタネーション技術を含むCO2回収・利用技術（CCU）の分野で研究開発を進めています。
JFEスチール株式会社 と 日本製鉄株式会社 (Nippon Steel):
- これらの鉄鋼大手は、メタネーション技術を利用して温室効果ガス排出を削減するための取り組みを行っています。
IHI株式会社:
- IHIは、メタネーション技術を含むさまざまな環境関連技術の開発に取り組んでいます。