バイオガスから水素を製造する技術経済性およびライフサイクルアセスメント:前処理脱炭素化ルートと直接改質ルートの比較
Techno-Economic and Life Cycle Assessment of Biogas-to-Hydrogen Production: Comparison of Pre-Reforming Decarbonization and Direct Reforming Routes
本研究では、1日あたり40,000 Nm3のバイオガスから水素を製造する2つのルート、すなわち前処理脱炭素化(プロセスA)と直接改質(プロセスB)について、Aspen Plusを用いた定常状態モデルを開発し、技術経済分析(TEA)とライフサイクルアセスメント(LCA)を組み合わせて技術的、経済的、環境的側面から包括的な評価を行った。プロセスBは、プロセスA(0.141 kg・Nm-3)と比較して水素収率が7.8%高く、バイオガス1 Nm3あたり0.152 kg H2を達成したが、水素1kgあたりの電力消費量は9.9%多い(14.37 vs 13.08 kWh・kg-1)。ベースライン価格(電力0.6 CNY kWh-1、バイオガス1.2 CNY Nm-3)では、プロセスBの純収益均等化水素原価(LCOH)は16.21 CNY kg-1(2.25 USD kg-1)となり、プロセスAの16.63 CNY kg-1(2.31 USD kg-1)をわずかに下回った。両ルート間の経済的損益分岐点となる電力価格は約0.93 CNY kWh-1であった。環境面では、プロセスAの前処理PSAユニットからのメタン漏れが電力消費量削減による排出量削減効果を相殺するため、プロセスBは、国家電力網ミックス下で、100年地球温暖化係数(GWP100)が8.34 kg CO2-eq kg-1 H2と低かった。中国の現在の産業用電力料金では、直接改質がわずかに全体的な競争優位性を示し、前処理脱炭素化は電力価格が高い地域に適している。
- 1日40,000 Nm3のバイオガスから水素を製造する前処理脱炭素化(プロセスA)と直接改質(プロセスB)を、Aspen PlusモデルによるTEA・LCAで比較評価した研究。
- プロセスBは水素収率がプロセスA比7.8%高く0.152 kg H2/Nm3を達成するが、水素1kgあたり電力消費は9.9%多い(14.37 vs 13.08 kWh/kg)。
- ベースライン価格(電力0.6 CNY/kWh、バイオガス1.2 CNY/Nm3)でプロセスBのLCOHは16.21 CNY/kg(2.25 USD/kg)と、プロセスAの16.63 CNY/kg(2.31 USD/kg)をわずかに下回った。
- 両ルートの経済的損益分岐点となる電力価格は約0.93 CNY/kWhと算出された。
- 環境面ではプロセスAの前処理PSAユニットからのメタン漏れが電力削減効果を相殺し、プロセスBのGWP100は8.34 kg CO2-eq/kg H2と低い(国家電力網ミックス下)。
- 中国の現在の産業用電力料金では直接改質がわずかに競争優位を示し、前処理脱炭素化は電力価格が高い地域に適すると結論。
バイオガス由来水素の製造ルート(前処理脱炭素化 vs 直接改質)をTEAとLCAで比較した研究。ベースライン条件下では直接改質ルートのLCOHが16.21 CNY/kg(2.25 USD/kg)と前処理ルート(16.63 CNY/kg、2.31 USD/kg)をわずかに下回り、損益分岐となる電力価格は約0.93 CNY/kWhと試算された。水素製造コストは電力価格に強く依存するため、安価な電力が確保できる地域・事業者は直接改質、電力高価格地域では前処理脱炭素化が優位という立地依存の構図が示されており、水素事業の投資判断や中国の産業用電力料金・メタン漏れ規制の動向を読む上で注目したい。ただし現状はモデル研究であり、商用プラントでの実証や政策支援の有無が実投資の鍵になる。