「電力の安定化」と「脱CO₂」を両立。

脱CO2・循環型社会の実現に向けて、電力分野では太陽光や風力など、さまざまな再生可能エネルギーの導入が進められているでつ。
時間で変動する再生可能エネルギーだけでは、つくる電気量／つかう電気量のバランスを常時取ることが難しく、電力系統が不安定になり、
最悪の場合停電を引き起こすことにもなりかねないでつ。

そのため、発電量を短時間で柔軟に調整できる火力発電は不可欠な存在。
高効率で調整能力に優れた火力発電設備であるガスタービンで、カーボンニュートラル燃料を利用する技術の開発。

なかでも、肥料や化学製品原料として世界中で広く利用され、輸送や貯蔵にも適したアンモニアに着目。
その実用化と普及を目指しているでつ。
アンモニアは燃焼させることはできますが、安定燃焼が難しく、燃焼時に有害物質を発生させるという課題があるでつ。

これらを克服するためには、高度なアンモニア燃焼技術が必要。
アンモニアをガスタービンで燃焼させる場合、気体アンモニア供給方式と液体アンモニア直接供給方式の２つがあるでつ。
液体アンモニア直接供給方式は、ポンプと調整弁だけでアンモニア流量を調整でき、発電量を柔軟に変化させやすいことが特徴。

一方、気体アンモニア供給方式は、液体アンモニア直接供給方式で必要な設備に加えて、液体アンモニアをガスに変える気化器、
圧力を安定させるアキュムレータなどの設備が必要となり、運用も複雑になるでつ。
設備コスト・運用メリットが大きい液体アンモニア直接供給方式実現に向けて、燃焼器の開発に取り組んでいるでつ。

安定燃焼と有害物質の排出低減を両立させるには、２段燃焼方式が有効。
燃焼器の内部を1次領域と２次領域に分け、領域ごとに燃料と空気の濃度を変えて、２段階で燃焼させるものでつ。

制御性の向上で液体アンモニアの流量をポンプと調整弁だけで制御できるため、柔軟な発電量の調整が可能となるでつ。
アンモニアは、常圧で-33℃、または常温で8.5気圧で液化することができるでつ。
アンモニアの安全な輸送技術はすでに確立されており、陸上ではパイプラインやタンクローリー、海上ではタンカーで輸送されるでつ。

液体アンモニア直接供給方式は、ガスタービンやボイラなどの燃焼器に、液体アンモニアを直接噴霧する方式であり、CO2排出量の抑制、
システムの簡素化、制御性の向上、発電量の柔軟な調整などのメリットがあるでつ。
ただし、NOx排出対策や高圧ポンプが必要になるなど、課題も存在。

アンモニアと水素、どっちが早く実用化されるのかなぁ～

脱炭素のためのガスタービン技術

火力が温暖化ガスを出してるように思われるけど、それは燃料次第。
石炭火力は出るだろうけど水素やメタネーション等脱炭素の技術で抑えることは可能。

ガスタービンで問われるのは高い発電効率と耐久性。
米ウエチングハウスからガスタービンの製造方法を学び、約６０年にわたって、ノウハウを蓄積。
今では米ＧＥ、独シーメンスとともに世界３強の一角を占めるでつ。




NEDOの協力の元に実用化を果たしたドライ方式水素ガスタービンコージェネレーションシステムには、マイクロミックス燃焼技術を採用した燃焼器が搭載。
低NOx排出を実現し、水素だけを燃料として使用する水素専焼から、水素と天然ガスの両方を燃料とする水素混焼まで対応可能。
既存の天然ガスタービンの燃焼器を置き換えるだけで脱炭素に向けた設備転換が可能という画期的なシステムも開発されているでつ。


来たるべきカーボンニュートラル時代に向け、化石燃料に代わり水素エネルギーが社会のエネルギー源として活用される未来が
もうすぐそこまで来ているでつ。
水素ガスタービン発電には、多くのメリットがあります。水素は燃焼時にCO2を排出しないため、脱炭素化に貢献できるでつ。
また、既存の火力発電設備を改良して水素発電設備として利用することが可能。
例えば、天然ガスで使用されている燃焼器を、水素に対応した燃焼器に交換することで、既存の発電設備を水素発電設備に移行することができるため、
火力発電の脱炭素化につながるでつ。

また、水素ガスタービンは、CGSの一部として、廃熱を利用して蒸気や温水を生成でき、その熱エネルギーも利用できるため熱の脱炭素化にも貢献できるでつ。
さらに、出力の大きさによって、小規模なものから大規模なものまで対応できるというメリットもあるでつ。

一般的な認識として、水素は爆発しやすく危険物だという認識を持っている人が多くいることも利用普及の妨げになっているでつ。
水素の取り扱いに注意を払う必要があるのは事実でつが、より我々の生活の身近にあるガソリンと水素を比較した場合、ガソリンは
水素よりもはるかに低い温度で発火するため、輸送や給油時の自然発火のリスクはガソリンの方が高いでつ。

正しい知識を持って適切な取り扱いをすることにより、水素はガソリンと同等かそれ以上に安全に利用できるエネルギー源。
こうした先入観を払拭することも、水素の有効利用にとっては大きな課題の一つと言えるでつ。

水素ガスタービンには、燃焼方式の違いによりウェット方式とドライ方式の2種類があるでつ。
ウェット方式の水素ガスタービンでは、水または蒸気を燃焼器内に噴射することで、燃焼温度を下げ、NOxの発生を抑制。
この方式はすでに確立された技術で、NOx排出量を効果的に抑制することが可能であり、開発した水素ガスタービンでも
このウェット方式が採用されているでつ。
その一方でこのウェット方式には課題もあるでつ。

水を燃焼器内に噴射させるため、燃料の熱エネルギーの一部が水の蒸発に使用されることで発電効率が低下してしまったり、
また腐食や不純物の析出を抑えるため純度の高い水を使用しなければならないことから、純水を生成する装置が必要になるなど、
設備コストやランニングコストが上がってしまうでつ。

一方、ドライ方式の水素ガスタービンは、水を使わず、燃焼方法を工夫することでNOx排出量を抑制する方式で、
ウェット方式に比べて設備がシンプルになり、コスト削減が期待できるでつ。
また、水噴射による燃焼温度低下がないため、高い発電効率を維持することが可能。

一度はウェット方式を採用して完成した水素ガスタービンででつが、環境性能と経済性の両面でメリットがあることから、
新たにドライ方式の低NOx水素ガスタービンの開発を目指したでつ。

そして、かねてより着目していたのがマイクロミックス燃焼という技術。

マイクロミックス燃焼は、直径1mm以下の小さな噴射孔から燃料を小分けに噴射し、多数の微小火炎によって燃料を燃焼させるという燃焼方式。
この手法により、局所的な高温部分をなくすことができ、結果としてNOxの排出量を安定して低く保つことが可能になるでつ。
また、従来のドライ方式ガスタービンは、あらかじめ燃料と空気を混ぜて送り出す予混合燃焼という燃焼法が採用されているでつが、
水素は燃焼速度が速いため、逆火という現象が発生するリスクがあるでつ。
逆火とは、燃焼器内の火炎が、投入される水素を伝って逆戻りする現象。

逆火が発生すると、バーナー上流側の部品が高温に曝され、溶けてしまうなど、重大な損傷を引き起こす可能性があるでつ。
マイクロミックス燃焼は予混合通路を持たないため、逆火のリスクが低いというメリットもあるでつ。
一般的には火炎を大きく燃やすと安定して燃えますが、有害な窒素酸化物（NOx）が出やすくなるでつ。

マイクロミックス燃焼は、火炎を小さくして燃やすことで、短時間で反応を完結させ、NOxの発生を抑えるという燃焼技術。
このマイクロミックス燃焼技術を採用した水素燃焼器を開発し、水素ガスタービンの燃焼器として採用することが、本実証事業最大のテーマ。
マイクロミックス燃焼器の開発において課題となったのが、燃焼が不安定になる、いわゆる燃焼振動の克服。

燃焼振動は、燃焼室内で圧力と炎が相互に作用し合うことで発生する一種の共鳴現象。
水素は燃焼速度が速いため、燃焼時に高周波の圧力振動波が発生し、燃焼振動という現象が起こりやすい。
燃焼振動は、騒音の原因となるだけでなく、燃焼器部品やタービン翼に疲労破壊等の損傷を引き起こす可能性があり、非常に危険な現象。

この問題の解決のため、NEDOプロジェクトによって開発した特殊計測装置を使い、燃焼振動発生時にマイクロミックス燃焼器内で何が起こっているのかを
正確に把握することで原因を究明することに務め、何度もトライアンドエラーを繰り返しながら、これを克服する技術の確立に成功。
マイクロミックス燃焼で発生した燃焼振動は、数kHzという非常に高速な現象。

そこで、高速撮影装置などを導入した特殊な計測システムを用いることで、現象を確実に捉え、問題の解決に取り組んだでつ。
どのように燃焼振動が起きているかは、誰も知らない。
世界中のエンジニアでも見たことのないような状態。

可視化計測を通じて初めて、高周波の燃焼振動を捉えることができるでつ。
まだまだ水素インフラとか課題も多いけど、水素タービンの実用化はまもなくって感じかなぁ～

１７００℃級はいつ実用化…

GTCC発電プラントは、天然ガスなどの燃料を使用したもっともクリーンかつ高効率な発電設備。
三菱重工の最新鋭J形ガスタービンを使用したプラントの発電効率は、従来型石炭焚き火力発電方式より20%向上。

世界最高水準の64%以上を達成。
また、CO2排出量もおよそ50%削減することができるでつ。

JAC形ガスタービンは、燃焼器の冷却を蒸気冷却から空気冷却に変更したもの。
J形ガスタービンと同レベルの性能を保ちながら、起動時間を短縮するなど高い運用性を実現。
JAC形の特長圧縮機とタービンのフローパスはJ形と同じ形状。

空気冷却燃焼器に合わせてタービン動静翼の冷却構造が最適化されたでつ。
燃焼器はGAC形で実績のある空気冷却方式で、J形で検証した低NOx技術を適用。
J形ガスタービンでは、燃焼器に蒸気冷却方式を採用しているでつ。

タービン入口温度を高く維持したまま空冷化できれば、コンバインドサイクルのさらなる高効率化と運用性の改善が期待できるでつ。
J形の最新機種として空気冷却方式のJAC形ガスタービンを市場投入。
コンバインドサイクル運転により、発電効率は64%以上に達しいるでつ。

強制空冷システムの特長は、次のとおり。
複合サイクル発電プラント実証設備で検証が行われているでつ。
• 外部クーラの廃熱をボトミングサイクルに回収することにより、　効率の良いシステムとすることが可能。
• 燃焼器の冷却構造を最適化することで蒸気冷却と同等以上の冷却性能が得られるでつ。
• 蒸気冷却方式に比べ、起動時間の短縮が可能。

J形ガスタービンでは、実績のあるG形に、国家プロジェクトとして実施した1,700°C級ガスタービン技術開発の成果で
ある高温化要素技術を適用し、タービン入口温度1,600°Cを実現。

圧縮機は、三次元先進設計による軸流式で、前方段での衝撃波発生による損失を低減し、中・後方段での摩擦損失を
低減することで性能向上を図るでつ。
この設計コンセプトは、三次元CFDによる解析、実機スケールモデルを使っての高速試験圧縮機試験にて十分に
検証を行っているでつ。
可変式の入口案内翼と圧縮機前方3段の可変静翼を制御することにより、起動時の運用安定性を確保し、また、コンバインドサイクル
運転時には、部分負荷性能の改善を図っているでつ。

J形ガスタービンの燃焼器は、実績あるG形ガスタービンの蒸気冷却式燃焼器をベースに設計しているでつ。
タービン入口温度は、G形に比べて100°C高い1,600°Cですが、燃料と空気のより均質な混合を促進させる改良形燃料ノズルを
採用し、燃焼領域の局所火災温度を抑えることで、G形と同等レベルのNOx排出濃度を達成。

第1～第4段動翼には空冷翼を採用し、外部の冷却器で冷却した圧縮機吐出空気により冷却しているでつ。
第1～第4段静翼も空冷翼で、第1段静翼は、圧縮機吐出空気、第2～第4段は圧縮機中間段からの抽気で冷却しているでつ。

国家プロジェクトとして実施した1,700°C級ガスタービン技術開発の成果である高性能冷却技術および先進遮熱コーティングを
適用し、タービン入口温度の上昇にもかかわらず、G形並の翼メタル温度を実現。

1991年、60Hz発電用高性能ガスタービンとしてM501F形ガスタービンを、翌年には、そのスケール設計機である50Hz発電用M701F形を開発。
三菱重工は、その後もF形ガスタービンの改良設計を続け、豊富な実績を持つG形ガスタービンで実証済みの先進要素技術や材料技術を
フィードバックしつつ継続的な性能向上を図っているでつ。

圧縮機の第1～第6段動翼を長翼化することで、従来のF形ガスタービンに比べ流量が増加し、大容量化が図られるでつ。
また、圧縮機の第1～第6段動静翼には三菱重工ガスタービンの改良翼設計から得られた実績に基づく改良が加えられたでつ。
可変式の入口案内翼を制御することにより、起動時の運用安定性を確保。

また、コンバインドサイクル運転時には、部分負荷性能の改善を図っているでつ。
既存のF形およびG形ガスタービンの運転実績から得た知見を基に、これまでのF形ガスタービンよりタービン入口温度の高温化を図るでつ。
予混合方式の低NOx燃焼器には、拡散燃焼を行うパイロットノズル1本とそれを取り囲んで予混燃焼を行う8本のメインノズルがあるでつ。

そして、燃焼領域の燃空比を適切な値に調節するための空気バイパス機能を備えているでつ。

第1、第2段はフリースタンディング翼、第3、第4段にはインテグラルシュラウド翼を採用しているでつ。
静翼は、各段独立した翼環で支持されており、タービン車室の熱変形の影響を直接受けない構造。

M501F series
M701F series
コンバインドサイクル出力 燃料の多様化
18万kW級
ガスタービン単体出力
高性能・高運用性を実現
57-113万kW級 J形技術の適用
（1on1/2on1）
コンバインドサイクル出力
62%超
ガスタービン単体出力 コンバインドサイクル効率
38万kW級
28-58万kW級
（1on1/2on1）
高炉ガス対応
G-series
高性能・大容量
発電用ガスタービン

1997年2月、燃焼器の冷却に蒸気を利用した1,500°C級M501G形ガスタービンの初号機が商業運転を開始。
現在の主力機であるGACシリーズは、従来の蒸気冷却燃焼器に代えて最新の空気冷却燃焼器を採用したガスタービン。
この燃焼器の冷却には、空気圧縮機の吐出空気を使用するため、蒸気サイクル系統からの冷却用蒸気を必要とせず、
プラント運用の柔軟性が高まるでつ。

GAC形の圧縮機は実績のあるG形の圧縮機を採用しているでつ。
この圧縮機は、高度な空力設計手法により設計された、大容量、高効率、高圧力比の軸流圧縮機。
可変式の入口案内翼を制御することにより、起動時の運用安定性を確保。

また、コンバインドサイクル運転時には、部分負荷性能の改善を図っているでつ。
M501GACには16個の燃焼器があるでつ。
中心に配置したパイロットノズルの周囲に8個のメインノズルを配置し、パイロットノズルの形成する拡散火炎により
予混合火炎を安定させる方式の超低NOx燃焼器。
GAC形では、G形の蒸気冷却式燃焼器に代えて、新たに開発した空気冷却式燃焼器を採用。
これによってボトミングサイクルからの冷却蒸気の供給が不要となり、プラントの柔軟な運用性が実現。

三次元空気力学設計を採用した4段軸流反動式タービン。
第1～第3段動翼には空冷翼を採用し、外部の冷却器で冷却した圧縮機吐出空気により冷却。
このうち、第1、第2段には遮熱コーティング（TBC）を施した一方向凝固翼を使用しているでつ。

また、第1、第2段はフリースタンディング翼、第3、第4段にはインテグラルシュラウド翼を採用。
第1～第3段静翼も空冷翼で、第1段静翼は圧縮機吐出空気、第2、第3段静翼は圧縮機中間段からの抽気で冷却。
静翼は、各段独立した翼環で支持されており、タービン車室の熱変形の影響を直接受けない構造。

J形・F形・G形の共通事項は…
40年以上の実績に裏付けられた設計J形・F形・G形ガスタービンの基本設計思想は、コールドエンドドライブ、一軸式ローター、
軸流排気方式などの採用であるでつ。

これらの基本的な設計思想は40年以上の運転実績に裏付けられたもの。
• 化石燃料を最も効率良く利用できるでつ。
• 窒素酸化物、一酸化炭素、未燃炭化水素、揮発性有機化合物などの排出量を低く抑えることができるでつ。

全体構造
ガスタービンの本体は、1970年代初頭に採用され40年以上にわたって実績を積み重ねた基本構造を踏襲しているでつ。
その主なものは次のとおり。
• 熱影響の少ない空気圧縮機側軸端での駆動方式（コールドエンドドライブ）
• ローターは、高温部に軸受を持たない2軸受支持方式、2軸
受支持の組み立て式
• コンバインドサイクルの配置に有利な軸流排気
• 分解点検の容易な水平2分割の車室構造
プラント構成
最新の技術と多様な製品群により、複数台のガスタービンと1台の蒸気タービンを組み合わせた多軸型コンバインドサイクル、
ガスタービン、発電機、蒸気タービンを同一軸に配置する一軸形コンバインドサイクルなど、最適な提案ができるでつ。

１６５０℃から１５年くらい経ったけどまだ、１７００℃が実用化されてないでつなぁ～
排ガス循環技術と言うかクローズドガスタービンの開発も必須なんだけど…
ちと開発スピードが鈍ってるというか現状器を熟成してるでつなぁ～

そいと大型より中小型というダウン祭神化もあるのかなぁ～

水素混焼対応への改造等

再熱形循環流動層ボイラー、減速反動式蒸気タービンを採用したプラントを開発。
気象変動に左右されず、大容量で安定したベース電源を担える点に特徴があるでつ。

50MW級の場合石炭焚き発電プラントと比べて、1基当たり年間約30万トンのCO2を削減。
また、導入拡大に向けては、標準設計を採用。

複数の顧客ニーズに合致する製品を同時並行で提案できる体制を整えたでつ。
これまでに6件総出力約320MWの建設工事を受注。
4プラントはすでに商用運転を開始。

残りの2プラントも2025年4月までに商用運転開始する予定。
全6件が稼働することで、年間200万トン以上のCO2削減が期待できるでつ。

地球温暖化係数GWPが1未満となる環境負荷が極めて低いカーエアコン用冷媒HFO-1234yfを
ターボ冷凍機として世界で初めて採用。
従来機からのリプレースが可能。

冷媒漏洩時の環境負荷を99.9％低減CO2換算値できるるほか、急激な電力需要が見込まれる
大規模データセンターの要求性能2500～3000US冷凍トンに見合った能力を有するでつ。
開発した2スタンドHYPER UC-MILLは、鋼板の誘導加熱装置、圧延潤滑油の
供給量最小化技術MQLおよび鋼板の温度制御システムを備えたリバース型冷間圧延設備。
小径の作業ロールにより、硬質な電磁鋼板素材を電気自動車のモーターに適切な0.2ミリ程度の
薄板への加工も可能。

商用生産1号機は、独ボーフムの鉄鋼メーカー、ティッセンクルップ・スチールですでに稼働中で、
EVなどに使用される薄肉高品位無方向性電磁鋼板、高張力鋼板AHSSを含む自動車業界の
ニーズに対応した全製品を生産しているでつ。

電動化やEV普及拡大を背景に、電磁鋼板の需要は増加しており、さらなるビジネスの成長が
期待されいるでつ。
開発、カーボンニュートラルに向けて開発は進むでつ。

２０２５年はガスタービン定期講演会行きたいなぁ～

東京に居ながらなかなか学会活動がてきてなかったな～
特にガスタービン学会。

国際会議が虎ノ門ヒルズであった２０１５年以来、参加してないなぁ～
そいと…
定期講演会だなぁ～




今年で第53回目の日本ガスタービン学会定期講演会・見学会。
2025年10月8日（水），9日（木）に、新潟市の 朱鷺メッセでやるでつ。
あっちこっち部屋移動しないといけないけど、チームズとか使えば同時に視聴でくるかなぁ～

こちらは、２００５年に行っただけだからボチボチ行きたいところ。
懇親会との技術交流も面白い。
話聞いてるだけで楽しいでつなぁ～

関西ではいつやるのかなぁ～
そろそろだと思うけど…
でも見学会も含めて関東方面多かっただけに、東京居る時にもっと積極的に行っときたかったところでつ。

ガスタービンメタネーションプラント。

メタネーションとは、水素とCO2から都市ガス原料の主成分であるメタンを合成すること。
メタネーションによって合成したメタンをカーボンニュートラルメタンもしくは合成メタンと呼ぶでつ。

カーボンニュートラルメタンの利用によって排出されるCO2と回収されたCO2がオフセットされるため、
カーボンニュートラルメタンの利用では大気中のCO2は増加しないでつ。
メタネーションにより合成されるメタンは、都市ガス導管等の既存インフラ・既存設備を有効活用できるでつ。

社会コストの抑制が可能であり、効率的な脱炭素化手段として大きなポテンシャルがあるでつ。
そんな中で廃棄物からもメタネーションの動きもあるでつ。
再生可能エネルギー由来の水素と生ごみを発酵させて製造したバイオガスをメタネーションし、製造されたメタンを配管で輸送するでつ。

ガス機器で利用するというサプライチェーンの構築を目指す実証事業を、2022年度から開始してる都市があるでつ。
なお、本事業は環境省の令和4年度既存のインフラを活用した水素供給低コスト化に向けたモデル構築実証事業に採択されてるでつ。
バイオガスとは、一般的に下水汚泥や生ごみ等のバイオマス資源から発生するメタン約60%とCO2約40%で構成されるガスのこと。

生ごみからバイオガスを製造した後、さらにバイオガス中のCO2をメタネーションすることでメタンを増加させ、
バイオガスのさらなる有効活用するでつ。
再エネ由来水素と地域の未利用バイオマスを活用したエネルギーの地産地消モデルである事業は、合成メタンを都市ガスに
活用することでCO2排出量の低減するでつ。
ごみ焼却工場にてガス、2種類のメタネーション設備を用いて実施。
また、水素は再エネ電源を用いて製造し、生ごみはスーパーが保有する市内のスーパーの食品残渣を活用。
製造したメタンは給湯器などのガス機器で利用し、安定的なメタン製造・利用が可能であるかを確認するでつ。

2024年度からは設備を大阪・関西万博の会場へ移設。
会場内で発生した生ごみを活用した事業を実施予定です。さらに大阪・関西万博期間中は、大気中のCO2をメタネーションの原料に
用いることでメタン製造量を増加させることも検討中。

なお、本事業は2025年日本国際博覧会協会さまが掲げるEXPO2025グリーンビジョンの実現に貢献できるプロジェクトとしても
期待されているでつ。
万博後は2030年までに近畿圏を中心に、ごみ焼却工場や食品加工工場へのシステム導入するでつ。

こうなるとスーパーごみ発電だなぁ～
都市ガスを利用してたわけだけど、ガスもメタネーション化されれば、自前。
クローズドシステムが出来るでつ。

水素燃焼技術もあるし、ごみ発電の高効率化へも道筋が出来るでつ。
廃棄物は日本の唯一の資源と言ってもいいでつ。
下水汚泥も含めてメタネーションとガスタービン技術の動向には注目しないとでつ。

高温化の進歩がストップした感じ

ガスタービンの高温化の変遷も少し停滞気味な感じ。
1984年に，1100℃級ガスタービンを用いるコンバインド・サイクル発電が初めて導入、

２１世紀には，1500℃級ガスタービンが実用化。
というか…
２０年近くで、４００℃も高温化されたでつ。




２００９年の１６００℃が実用化。
現在の最高温度は、１６５０℃。
２００４年に始まった１７００℃はまだ実用化の目途が立っていない。

ちゅうかこの２０年で１５０℃しか高温化できていない。
１６５０℃くらいまでが単独と言うか限界に近いところはあるでつなぁ～
そこで排ガス循環を取り入れた１７００℃ガスタービンの開発なんだけど…

現状はオープンシステムなコンバインドサイクルだけどセミクローズドや
排ガス循環によって温暖化ガスを再利用して排出を抑制できるんだけど
そこまだ開発が停滞気味。

ＧＥ，シーメンスは大型に力は行ってない感じだし、ＡＢＢはアルストームに売って
開発は全くしてない状況。
大手がダウンサイジング化を図ってる感じ。

つまり分散型は、電力小売りも影響してる感じ。
排ガス循環等のクローズ技術の開発が必須になりそうだけど、水素やアンモニアへ
シフトする動きもあって、高温化より効率化へリフトしてるでつなぁ～

そう言う意味で安易に高温化するより効率よく温暖化ガスを出さない水素やアンモニアへ
シフトする方がインフラが整えばいいでつなぁ～
そいとダウンサイジングの動きもだなぁ～

安定性と安全性なり

機械製品の制御システムを設計するうえでは、効率の良さや安全性といった要求仕様を システムが満たすかを
確認する製品の品質保証を行う必要があるでつ。

ここで、製品の効率化・ 高信頼化のためにシステムを調整することは最適化と呼ばるでつ。
産業界における製品開発では日 常的に行われているでつ
今回発電用ガスタービンの安全性確認・最適 化に取り組むでつ。

そのような大規模な制御システムの安全性確認と最適化のためには、実際の 機器で繰り返し実験することは
現実的ではないため、コンピューターによるシミュレーションを利 用することが有効。
効率の良いガスタービンのシステム設計とは、制御に無駄のない発電システムの実現を意味 するでつ。

信頼性の高いガスタービンを設 計するためには、温度や回転数といった複数の要素に関する要求をすべて満たすような、
賢く精密 に制御できるシステムが必要です多くの場合、制御システムの最適化はパラメータ と呼ばれる数個～数百個の数値を
調整する複雑な問題になるでつ。

つまり、信頼性の高い制御シス テムを設計するためには、無数の可能性の中からより良いパラメータ値を効率良く見つけることが 必要。
パラメータの最適化は、多くの場合エキスパートによる試行錯誤と熟練の知識によっ て行われるでつが、もしこれをコンピューターで
自動的に行うことができるならば、設計コストの大 幅な削減が期待できるでつ。

例えば、システム内部の挙動がすべて明らかで、微分方程式など、挙動 を精緻に表せる数式を用いてシステムのふるまいを記述できる場合は、
最適化は既存の解法ソル バーを用いて自動探索が可能。
そのようなシステムはホワイトボックスと呼ばれるでつが、 個別の複雑な問題が複合して現れる実際の産業製品では、システムをホワイトボックスと
見なして 実用的な結果が得られるケースは非常に限られているでつ。
複雑なシステムの挙動を完全に数式化す ることが難しいためでつ。

本研究では実際に使われているガスタービン製品を対象シス テムとして扱たでつが、このシステムを制御するソフトウェアは大部分がマシン語で
記述されて いるため、人が解読するのが困難で、かつ複雑なコンピューター制御になっており、数式などの手 法により数学的に扱うことが
できないブラックボックス。

これまで、ブラックボックスシステムの最適化のためには、確率的最適化や進化計算な どのアルゴリズムが用いられてきたでつ。
これらのアルゴリズムは、パラメータとその出力の対応 関係のみを利用してシステムを最適化できるパラメータの数値を探索するため、
今回の対象システムのようなブラックボックスにも適用することができ、ガスタービンのほかに自動車や飛行機の制 御システムの設計などに
おいても利用されているでつ。
しかしながら、システムがより複雑に、要求 仕様がより厳しくなるにつれ、実用に耐えるパラメータを発見するのは困難になっているでつ。

今 回の対象システムでは、これら既存のブラックボックス最適化手法を用いても、人間が設計したシ ステムに匹敵するような結果は
得られなかったでつ。
このように、多くの実用的なシステム設計で は、エキスパートの根気強い試行錯誤と、明文化されていない熟練の知識によるパラメータ最適化が
いまだ一般的に行われているでつ。
本研究では、反例生成と呼ばれるブラックボックス最適化手法の１つを改良することで、実際 のシステムで実用的で最適な結果を出せる手法の
開発に取り組みでつ。

その結果、既存のブラッ クボックス最適化手法では安全基準を満たすパラメータを見つけられなかった難点を克服すると 同時に、
エキスパートが手動で最適化した結果に匹敵する品質のパラメータを見つけることに成功 。
また、エキスパートによる手動最適化では 7 日間の試行錯誤が必要。

今回開発した手法 ではコンピューターによる 3 時間の自動計算で結果を得ることができ、大幅に設計コストを抑えることができたでつ。
また、この新手法は大規模な計算設備を用意する必要はなく、ラップトップ程 度の身近なコンピューター上で実行可能。

一般に反例生成では、ある要求仕様を満たすパラメータを見つけるという品質保証の問題を 解くために
①あるパラメータを与えたときのシステムが要求仕様をどのくらい違反しているかを 実数値で表す関数目的関数を作成、
②目的関数の値がより小さくなる方向にパラメータを 繰り返し修正する勾配降下法などの汎用アルゴリズムを利用、という 2 段階の手順を踏むでつ。

このとき、要求仕様は、時相論理と呼ばれる時間に関する表現を扱う論理式で記述した形式仕様 の形で与えられるでつ。
従来の反例生成手法では、論理式が安全性に関する要求仕様 A を満たし、 かつ効率に関する要求仕様 B を満たし、……といった
複数の要求仕様をかつで結んだ形にな っている場合、いくつもの要求仕様を同時に満たさなければならない場合に、全体ではなくただ 1 つの
要求仕様が小さくなる方向にパラメータの修正が進む場合があるでつ。
この問題はマス キングと呼ばれ、要求仕様が複数あったとしても目的関数は 1 つしかないことに由来しているでつ。

本研究では、反例生成の 2 段階の手順をそれぞれ拡張し、
①目的 関数を複数用いて、
②複数の目的関数上で探索を行う手法を開発。
このような複数の目的 関数を用いる最適化は多目的最適化と呼ばれ、従来の最適化とは全く異なる複雑な計算が必要 。
そのため、反例生成にそのまま応用しても現実的な時間で計算を終えるのは難しくなってし まいるでつ。

そこで本研究では、多目的最適化の条件を弱めた制約つき最適化を用いた手法を考 案し、論理式が複数の要求仕様をかつで結んだ形になっている場合に
有効であることを示したでつ。
さらに、最近の制約付き最適化の研究で de Paula Garcia らによって提案されたランキ ングベースのアルゴリズムを用いることで、複雑な計算を
行うことなくマスキングの問題を回避。
以上のように、本研究では、ブラックボックス最適化において、論理式で書かれた形式仕様に着目して改良を行たでつ。

従来のシステムの最適化において、このような論理的仕様を活かした計 算が効果を発揮するのは、システムの挙動を書き出せるような離散的で
扱いやすいモデルを持って いる場合のみに限られる傾向にあるでつ。
しかし本研究において、 そのようなモデルがない場合でも、論理に着目した手法が実用性を持 つことを実証できたでつ。

本研究では、論理的仕様を活かしたブラックボックス最適化により、人間による手動最適化を上 回る結果を、短時間で出すことができたでつ。
論理的仕様を活かしたブラックボックス最適化はこれまで主に自動車や航空機といった特定の分野の危険シナリオ発見に応用されてきたでつが、
今回、 ガスタービンなどより広汎な工業製品の設計・安全性確認・最適化に有用である例を示すことができたでつ。

本手法のポイントは、形式仕様の持つ論理的な構造をうまく最適化アルゴリズムに反映したこと にあるでつ。
このことは、従来は限られた場面でしか注目されてこなかった論理的手法を、実世界 の問題に広く応用できる大きな可能性を示しているでつ。
一方で、本手法を用いるには難点もあるでつ。

本手法では、これまで自然言語で書かれていた要求仕様を論理式で書き表す必要があるでつ。
そのためには、新しいプログラミング言語を学ぶように、専門的な知識を身につけることが必要。
今後の課題は、誰でも使える対話型の形式仕様記述支援ツールを開発し、本手法を利用しやす くすることでつ。

200℃程度でアンモニア分解可能

クリーンなアンモニア分解による水素製造の新手法を発見。
このプロセスを用いることで、アンモニア分解によるグリーン水素製造が低温かつオンデマンドで行えるようになるでつ。

アンモニア分解反応の低温化に向けて、研究チームは今回、電場触媒反応を応用したでつ。
こりは…
電場触媒反応とは、電流を流すことで反応を促進させるプロセスのこと。

触媒には、半導体性を示す酸化セリウム（CeO2）上に、貴金属のルテニウム（Ru）卑金属である鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、
コバルト（Co）といった金属を乗せたものを活用したでつ。
その結果、電流を流した電場アンモニア分解反応において、125℃という従来では反応がほぼ進行しない低温域で、アンモニア分解率約100％を達成。

さらに、電場アンモニア分解反応では、従来とは異なり、100℃から200℃の温度域で低温ほど反応速度が上がる特異的な現象を確認。
これを受けて、研究チームは、メカニズム解明のためのさまざまな実験を実施し、触媒表面からの窒素の脱離が促進されることを発見。

これまで、アンモニアから水素を取り出す際には、約400℃以上という高温下でのアンモニア分解反応が必要であったでつが、
今回開発した新手法を適用することで、200℃程度でも反応が進むことが明らかになったでつ。
同反応手法を活用することで、工場やエンジンなどの排熱を利用して水素を得る際の必要設備の小型化や施設内での水素製造が可能になるでつ。

高度ガスタービン技術の用途

ガスタービン技術は民間および軍事用途の両方で極めて重要な技術として認識されてきたでつ。
しかし、いくつかの先端科学技術が軍事用途から派生したのに対して、ガスタービン技術に限って言えば、
その投資の傾向や市場規模は圧倒的に民間用途が優っており、多くの技術革新が民間企業を中心に行われてきたでつ。

中でも航空機エンジンへの投資が最も多いでつ。
2004 年のデータではあるでつ。

ガスタービンの全体の生産額 219 億米ドルのうち、航空機向けのガスタービン事業が 149 億ドルにのぼり、
全体の 2/3 近くの生産額を占めているでつ。

またそのうち、37 億ドルが軍事用途の航空機、112 億ドルが民生用途の航空機向けであり、
ここからも明らかに民間向けのガスタービンが主な比重を占めていることがわかるでつ。

また 2009 年以降のガスタービンの世界市場を概観すると、圧倒的に航空機用のガスタービン、その中でも民間機用のものが
その市場の大半を占めることがわかるでつ。
航空機用途以外のガスタービンは全体の 1/5 以下の市場規模であり、軍用機向けのものに限っては、1/10 程の市場規模でかつ
この 10 年で市場規模の推移もほぼ横ばいであるでつ。
一方で民間航空機向けのガスタービン市場は 2009 年からのこの 10 年で倍近く拡大しており、この先 10 年も拡大していくことが
予想されているでつ。

軍事用途に用いられるガスタービン技術は、主に戦闘機や戦艦等のエンジン向けのものが多いでつ。
例えば米国空軍が保有する F35 統合打撃戦闘機に搭載されたプラット・アンド・ホイットニー社製造の F135 エンジンが
その典型であるでつ。
プラット・アンド・ホイットニー社は米国の GE アビエーション社と英国のロールスロイス社に次ぐ、航空機用エンジンの最大手。
軍事用途から民生用途に至るまで幅広い種類のガスタービンエンジンの製造を手掛けているでつ。

F135 ジェットエンジンは、F35 戦闘機の異なる種類の形態に対応しているでつ。
滑走路からの離着陸をする F-35A、短い滑走路から離着陸するF-35B および空母からの離着陸するでつ。
F-35C 等様々な機体に対応できるようになっているでつ。
また英国ロールスロイス社は戦艦や空母向けのガスタービンエンジンを開発・販売しているでつ。
中でも MT30 Marine Gas Turbine は同等クラスにおける従来のモデルの半分の部品で構成されていることから
メンテナンスコストを最小限に抑えることに成功したモデル。

40kn を超えるトップクラスのスピードを誇り、2008 年から米国海軍の沿海域戦闘艦のエンジンとしても採用されているでつ。
このように軍事産業におけるガスタービン技術開発においては民間企業における技術開発が大きな比重を占めているでつ。
一方で、こうした大手ガスタービン企業と政府との関係性にも注目しておく必要があるでつ。
確かに、ガスタービンの市場は民生用途を中心に発展してきたでつが、米国政府の政府系研究機関もこうした先端ガスタービン技術の
投資を積極的に実施してきたでつ。
DARPA はバルカン高度推進エンジンプログラムをすすめているでつ。
CVC エンジンサイクルは従来のブレイトンサイクルよりも格段に効率的に燃料の燃焼を継続的に行える技術であり、戦闘機のジェットエンジンや
戦艦のエンジンに向けの展開が期待されているでつ。

大半の軍事用途のガスタービンは、戦闘機や戦艦・空母向けに製造される一方で、潜水艦の中でも原子力潜水艦に限って高度なガスタービン技術が
要求されることも重要なポイントであるでつ。
従来の潜水艦はディーゼルエンジンを用いて推進するでつが、核エネルギーを利用して推進する原子力潜水艦では原子力発電同様ガスタービンが搭載。
この従来の潜水艦と原子力潜水艦との間の仕様の違いは、ガスタービン技術の安全保障上の重要性を極めて高いものにしてきたでつ。
こうした中で、英国や米国は原子力潜水艦の製造と運用にとりわけ力を入れてきたでつ。

例えば、英国ロールスロイス社は長年に渡って、英国海軍の原子力潜水艦の製造を担ってきた歴史があるでつ。
また米国では、ジェネラル・ダイナミクス社 の子会社であるジェネラル・ダイナミクス社・エレクトリック・ボートが米国海軍への潜水艦納入で
100 年以上の歴史を有してるでつ。
原子力潜水艦の設計・製造も手掛けているでつ。
また 2021 年には英米豪の 3 カ国の間で軍事同盟 AUKUS 締結され、英国と米国がオーストラリアの原子力潜水艦の開発を支援するでつ。
AUKUS の枠組みはインド太平洋地域への関与を深めたい英国と既存の当該地域においてリベラルな国際秩序を維持したい米国とオーストラリアとの間で
結ばれた同盟であり、英国の全面的な支援によるオーストラリアの原子力潜水艦開発は当該地域のパワーバランスに大きな影響を与える可能性が高いと示唆されてきたでつ。

AUKUSの締結とオーストラリアの原子力潜水艦開発におけるガスタービン技術の重要性はメディアではあまりフォーカスされてこなかったでつが、
経済安全保障及び軍事安全保障の両面で重要なインプリケーションをもたらす可能性が高いでつ。
前述の通り、原子力潜水艦の場合は、原子炉を搭載し、ガスタービンを用いてそのエネルギーを創出する点において、ディーゼルエンジンで駆動する従来の潜水艦とは異なるでつ。
この意味でも、原子炉技術に加えて、ガスタービン技術の安全保障上の重要性も益々高まっていくことが予想されるでつ。
憶測の域をこえないでつが、2022 年 8月に米国がガスタービン技術を含む「新興根幹技術」の輸出規制強化が発表された背景には、こうした原子力潜水艦とそれにつながる
ガスタービン技術の重要性が増したことがあるでつ。

航空機向けのガスタービン技術の研究開発及び製造は、主に米国の GE アビエーション社、プラット・アンド・ホイットニー社、
そして英国のロールスロイス社の 3 社が中心となって担ってきたでつ。
陸海空の輸送運搬技術の中でも特に空輸は最も多くエネルギーを有するでつ。

航空機向けのガスタービン技術開発では、主に燃料燃焼の効率性の向上が課題とされてきたでつ。
過去半世紀を見ても民間航空機向けのエンジンの燃焼効率は飛躍的に改善されているでつ。
近年では、従来のターボファンエンジンと比較して 25%の燃費向上が米国を中心に業界の開発目標とされてきたでつ。
ジェットエンジンの推進効率は理論上 FPRによって決まると理解されるでつ。
FPR が低い程高い推進効率を発揮するでつ。

そのため、航空機向けのガスタービン技術においてはより低い FPR を実現するためのタービンの設計が次なる技術開発の目標とされてきたでつ。
民間航空機向けのガスタービンのもう一つの重要な課題は、二酸化炭素排出量の削減であるでつ。
気候変動がグローバルな課題として世界各国で認識される中、我々の生活で国境を超えて人やモノを輸送する航空機が排出する CO2の量は無視できるものではないでつ。
2019 年のデータによると、世界中の航空機が１年間で排出した CO2 の量は、915 百万トンに及び、これは陸海空すべての交通輸送において排出された全体 CO2 の 12%に相当するでつ。
こうした中で、ガスタービンそのものの燃焼効率とともに、ここ 10 年の間に二酸化炭素排出量の削減に向けた技術革新も求められるでつ。

ガスタービン技術のもう一つの大きな民間用途は、電力発電所向けの大型ガスタービンであるでつ。
ガスタービン国際市場の予測によると、この先 2030 年までにガスタービンを用いた電力発電事業は、合計 USD107,705.00 規模にのぼると予想されているでつ。
発電用ガスタービン事業の大手3 社である GE, シーメンス、三菱重工は、コスト削減と生産プロセスの最適化を図るべく大幅な構造再編を進めており、
各社とも今後更なる技術革新に向けた準備を進めているでつ。
発電用のガスタービン開発において、発電の効率性は歴史的にも重要な課題とされてきたでつ。
1939 年に開発された最初のガスタービンの熱効率は 18%程度であったでつが、その後コンバインド・サイクルガスタービンが開発されて以降、
2010 年には熱効率 60%超を達成したでつ。

この 10年でさらに効率化が進められ、CCGT で 70%の熱効率を達成することが目標とされてきたでつ。
また、熱効率の向上と共に CO2 排出量の削減も大きな課題とされ、特に、再生可能エネルギー資源を含む多様な燃料に対応できるようにタービンを
設計することが要求されてきたでつ。
例えば、CO2 排出量の削減が期待されている水素燃料を含む気体燃料を燃焼できるタービンの設計が進められる等、多様な燃料資源に対応した
ガスタービンのデザインが進められているでつ。

中でも従来の天然ガス等の燃料に水素を混合させることで、CO2 排出量を大幅に削減できることが実証されるでつ。
ガスタービンメーカ大手もこうした水素燃料に対応したガスタービンの設計と製造に着手してきたでつ。
例えば、独シーメンス・エナジー社はすでに米国や欧州、中国、アフリカを含む世界各国で、水素燃料を含むガスタービンの運転を開始しており、
CO2 の効果を実証してきた熱効率向上、CO2 排出量そしてメンテナンスコスト削減等を実現していく上で、ガスタービン開発には様々な技術要求が
求められてきたでつ。

こうした技術要求に応じるために、様々なサブカテゴリーの先端技術が応用されてきたでつ。
最後にガスタービンの技術開発に貢献が期待されてきた先端科学技術について解説するでつ。

ガスタービンに用いられる素材はその要求に応じて多様である。例えば、ガスタービンのファン・ブレードだけを見ても、
航空機向けのブレードには「合成ポリマー」が用いられる一方で、極度に高温な環境での耐久性が求められる高圧ガスタービンのブレードには、
「単結晶ニッケル合金」が用いられるでつ。

また物質・材料研究機構と横浜国立大学の研究チームは高速で亀裂を修復する「自己治癒セラミックス」を航空機のガスタービン向けに開発しており、
航空機のエンジンが作動する 1000℃で、最速 1 分で亀裂を修復することが実証されているでつ。
このように、ガスタービンの技術革新が進む中で、そうした極度環境でも耐え得る素材の供給が重要となるでつ。

電力発電向けのガスタービンを見ても 1990 年代には 540℃の要求仕様だった温度要件が、熱効率が向上するのと同時に上昇し、
2010 年代には 600℃を超える温度要件が仕様に盛り込まれるようになってきたでつ。
こうした温度要件に対してはより融点の高いチタン合金が用いられる等、タービンそれ自体の技術革新に応じて、用いられる先端素材も変化してきたでつ。
しかしながら、タービンそれ自体の機能が高度化するのに対して、それらの要件を十分満たし得る素材の発見は未だ困難を極めているでつ。
こうした中で、テキサス A&M 大学の素材科学工学部の研究チームは、米国エネルギー省傘下の Ames National Laboratoryと共同で、AI を用いて、
極度の高温環境でも適応できる「高エントロピー合金」を推定するフレームワークを開発しているでつ。

この AI 技術によって高度ガスタービン開発に適した素材を発見・特定するためのコストと時間を大幅に削減できると期待されているでつ。
3D プリンティング技術に代表されるアディティブ・マニュファクチュアリング技術もガスタービンの設計思想とその製造に革新をもたらしてきたでつ。
AM 技術の発展によってガスタービンの製造に要する工程とコストが格段に減少したことが報告されており、ガスタービンを製造する企業の多くは、
ファンブレードの製造を目的とした 3D プリンターの導入を進めているでつ。
例えば、独シーメンス社は AM 技術のプロバイダーである EOS 社との共同プロジェクトで 3D プリンター技術によってガスタービンの部品を製造できることを
実証済であり、AM 技術を用いたガスタービンの製造を進めているでつ。

英ロールスロイス社も航空機向けのガスタービン事業で3D プリンターによってガスタービンの部品を製造することを進めているでつ。
このように、AM 技術は発電所用及び航空機用の両方で、ガスタービン製造技術の向上とコスト削減に大きく貢献することが今後ますます期待されているでつ。
ガスタービン技術は、電力発電や潜水艦といった我が国の広義の安全保障の根幹に関わる極めて重要な技術であるでつ。

一方で市場規模を見れば、航空機産業におけるガスタービン市場が大きなパイを占めており、民生技術としても極めて有益な技術であるでつ。
日本のガスタービン技術は、三菱重工業を始めとした重電メーカの技術開発が功を奏して、かなり高い技術レベルを維持しているでつ。
また、アスタミューゼ社の調査から、大半の技術領域において、研究者数が増加傾向にあるのに対して、ガスタービン技術の研究者が世界的に減少傾向にあるでつ。

こうしたことからも、今後日本が当該技術領域で質と量の両面で強いイニシアティブを発揮する余地があるでつ。
特に米国はもちろん、優れた民間技術を有する英国等との技術パートナーシップを積極的に進めていくことが重要になるでつ。
ガスタービンの開発も停滞してるかと思ってたけど、やってるでつなぁ～

特殊用途に使用されるガスタービン

タービンは，流体がもつエネルギーを，羽根車の回転運動を通じて連続的に取り出し，それをポンプや圧縮機，
また発電機などを駆動するための機械的動力に変換する装置。

タービンという言葉は，回るものという意味のラテン語のturboから来ているでつ。
古くから水車が製粉や揚水などの動力源に使われており，我々の祖先も流体が持つエネルギーの存在とその活用の
必要性については強く認識していたでつ。




そこに羽根車の発明があり，羽根車を利用してコンパクトでかつ連続的に自然界のエネルギーを機械的動力として取り出せることで，
文明の進歩を後押ししたでつ。
科学技術が未成熟な時代であってもタービンが存在し得た理由として，タービン内の流れが，全体的には順圧力勾配となっていることが関係しているでつ。

発電用にも供されているでつ。
歴史があり生産台数も多い発電用蒸気タービンは，作動条件も相当広く流れ場も極めて複雑であり，その上，空力だけではなく熱力学的要素，
伝熱的要素など，Multiphysicsを扱わなければならないでつが，これまでの数多くの研究開発を通じた知見の蓄積によりその解析技術，
設計技術の完成度は高まってきているでつ。

ガスタービン用タービンも，1950年以降飛行機の本格的なジェット化に伴う航空エンジンの長足の進歩やコンバインド発電システムでの
ガスタービンの利用拡大に伴い，空力・伝熱の解析・設計技術は成熟の一途を辿っているでつ。

特殊タービンがどのような定義で選定されているのか定かではないでつが，ここでは，作動流体や動作環境が特殊であるなどの理由で適用例が限定的で，
確固たる設計手法が確立しておらずその都度の設計を行うものと定義。
特殊用途に分類されるタービンの代表格として，オーガニックランキンサイクルが挙げられるでつ。
これは，地熱発電などでのバイナリー発電やバイオマス発電など，比較的中低温の熱源からエネルギーの回収を目的とした熱サイクルであり，
環境問題や再生可能エネルギーへの意識の高まりにより多くの関心を集めているでつ。

駆動流体が代替フロンなど一般的な燃焼ガスや蒸気などではなく，タービン内の流れも相変化を伴う二相流となるなど，研究開発要素も多くあることから，
学術面での注目度も高いでつ。
舶用排熱利用VPCで関連するでつ。

その他，地熱で得られる蒸気を直接使用する場合は，湿分や含有成分の影響を考慮した空力，材料，構造上の配慮が求められるでつ。
水素利用システムとしてのコジェネレーションやロケット用タービン，風力，潮流などの再生可能エネルギー関連や舶用過給器においても，
個々の案件毎の対策が必要な事例があるでつ。

タービン開発の技術力を高め他国との差別化を図るためにも，従来の設計空間からの逸脱への挑戦は貴重。
特殊な部分にも用途はあるでつなぁ～

天然水素でつなぁ～

燃やしてもCO2を排出しない水素は、化石燃料に代わる新たなクリーンエネルギー資源として、期待が高まっているでつ。
だけど、現時点では製造コストが高いことや供給量が少ないことから、大規模な普及にはまだまだ多くの課題が残っているでつ。

そのような中、自然界に存在する「天然水素」への注目が高まっているでつ。
利用できれば、水素が今抱えている課題の解決の糸口となり、水素社会の到来に一歩近づくことができるでつ。
では、その天然水素とはどういものかでつなぁ～

そもそも水素とは、無色透明の気体で、燃やしてもCO2を発生しないという特徴を持っているでつ。
それがクリーンなエネルギーと言われるゆえん。
また、元素の中では最も軽いため飛散しやすく、他の元素と反応しやすいという特徴もあるでつ。

反応しやすいため、地球上では水やメタンをはじめとする化合物の一部として存在してるでつ。
単体のH2としてまとまった量が存在するとは考えられていなかったでつ。

そのため、脱炭素への次世代エネルギーとして水素が注目される中、水を電気分解したり、天然ガスを改質して水素を取り出すなど、
人工的に製造するとともに、その効率的な製造技術開発が活発に取り組まれているでつ。
近年、水素も石油や天然ガスのように自然界で生成され、水素単体で存在していることがわかってきたでつ。

人の手を加えずに自然に生成されることから天然水素と呼ばれているでつ。
天然水素の生成プロセスには様々なパターンがあることがわかっているでつ。

例えば、かんらん岩など鉄が豊富に含まれている岩石と水が反応するプロセス、花崗岩など放射性元素を多く含む岩石と水が反応するプロセス、
それから有機物から生成されるプロセスなど。
鉄分を多く含むかんらん岩と水が反応して蛇紋岩になる過程で水素を生み出す蛇紋岩化作用は、他の生成プロセスよりも生成スピードが速く、特に注目を集めているでつ。

天然水素は、日本を含め、オーストラリアやアメリカ、フランス、スペイン、ブラジルなど世界中で確認されているでつ。
天然水素は水と様々な岩石の反応プロセスにより生成されるため、生物の死骸が堆積して地中で化学変化を起こして生成される石油やガスのように
中東などの一部地域に偏在しているのではなく、世界のいろいろなところで発見される可能性があるでつ。

日本では、長野県の白馬村に位置する強アルカリ性の温泉、白馬八方温泉で天然水素が観測されているでつ。
この地域はかんらん岩や蛇紋岩が地表に表れているエリアであり、その地下では蛇紋岩化作用によって天然水素が生成されていると考えられているでつ。
その水素が温泉水とともにくみ上げられているでつ。

可能性は、クリーンなエネルギー資源である水素は、発電の火力発電所での混焼や専焼や輸送での利用が注目されているでつ。
しかし、現在は水素の高い製造コストがひとつのネックとなり、普及が進んでいないでつ。
もし、大量の純度の高い天然水素が自然に地下に溜まっていて、それを容易に取り出すことができれば、水素を安価かつ大量に供給できるかもしれないでつ。

そうなれば、水素の普及にもつながり、カーボンニュートラルの実現に大きく貢献するでつ。
天然水素は、世界各地で観測されているため、これまでのエネルギー地政学をがらっと変える可能性を秘めているでつ。
日本のように、石油や天然ガスの乏しい国でも、自国で新たな天然資源を確保できる未来が訪れるでつ。

天然水素は、世界各地で確認されていますが、その生成プロセスを解明するための研究がそれぞれのサイトで今まさに進んでいる段階。
また、どのように地中を移動して、どこに、どのような仕組みで溜まっているのかが解明されておらず、どのくらいの量があるのか
算出する方法も確立してないでつ。

このように、量が不明な状況では天然水素の開発がビジネスとして成立するかの判断ができないでつ。
天然水素は人工の水素と比べて低コストに供給できると期待されているでつが、実際に経済性が確保できるか正確に計算できないのが現状。
天然水素に限らず、人工の水素も含めて水素一般が抱える課題もあるでつ。

水素をエネルギー資源として利用するための大規模なサプライチェーンと言われる生産→流通→利用といった一連の流れがまだ確立してないでつ。
世界でも日本でも、その構築に向けた動きが始まったところ。

そのため、現状では、たとえ条件の良い天然水素貯留層が発見されたとしても、需要が少ない＝買い手が少ないため、すぐに大規模な開発を
進めることは難しいでつ。
日本はエネルギー政策として、2030年までに発電量の1%を水素にするという目標を掲げているでつ。
んがぁ～供給だけでなく需要も同時に創出することが必要になるでつ。

工的に製造される水素と違い、製造時にCO2を排出せず、低コストで安定的に供給できる可能性を秘めた天然水素は、
カーボンニュートラル達成に向けた新たな一次エネルギーとして注目を集めているでつ。
一方で、海外のベンチャー企業による探鉱活動や大学・研究機関の研究が活発化したのはここ4～5年のこと。

天然水素を実際にエネルギーとして活用するには、まだまだわからないこと、クリアすべき課題があるでつ。
それでも、大きな可能性を秘める天然水素の動向に、今後も超注目が必要になるでつ。
天然水素も早く実用化されるといいでつなぁ～

IGCCの運転状況をHPに記載する義務あると思うけど…

東京電力というかJERAの発電可能電力に福島のIGCC勿来と広野はカウントされていないでつ。
そのため広野や勿来では、旧の石炭火力、石油火力で対応。

地球温暖化のなか逆に温暖化ガスを出す羽目になってるでつ。
しかも１年以上稼働してない状況ではないかとの噂もあるでつ。
夏のピーク時に電力不足になるでつなぁ～

稼働できないIGCCは結局、空気炊きというのが問題なんだろうね。
大崎クールジェンは酸素炊き。
まぁ～HとM重の技術の差かなぁ～

生産できない分の補償金額も相当なもの。
HPも大崎クールジェンは活発だけど、福島の方は…
プロジェクトも燃料電池を取り込んだシステムも順調に進んでるみたい。

実証実験も進んでいるでつ。
福島復興事業だけど…
少なくとも現況はHPには記載する義務はあると思うんだけど…

実際はもっと深刻かもで、こっそりこそこそ撤退ってことになってる可能性もゼロではないでつなぁ～
だけど…
東京電力系は、都合の悪いことは隠蔽してるから福島原発もどこまでって感じで信用出来ないでつ。

下水処理場の消化ガスで発電

下水の汚泥を使った消化ガスプラントも多くなってきたでつなぁ～
赤穂下水管理センター消化ガス発電事業が開始されたでつ。

2022年11月に同事業に関する基本協定を締結・
再生可能エネルギー固定価格買取制度による事業計画認定の取得や、発電設備の建設を進め、
開始に至ったでつ。

同事業は、民間の資金とノウハウを活用した民設民営方式による下水処理場での消化ガス発電事業。
赤穂市から借り受けた下水管理センター内の事業用地に発電設備を建設。
同センターで発生する消化ガスのうち、余剰分を活用してバイオマス発電を行い、FIT制度を利用して20年間の発電事業を行でつ。

発電設備には、消化ガスエンジン24.5kWを2台設置。
発電容量49kW。
年間発電量は、約34万kWh／年で、一般家庭約80世帯相当するでつ。

なお、下水汚泥処理の過程で発生する消化ガスは、メタンを主成分とする可燃性ガスで、都市ガスの半分ほどの熱量を持つバイオガス。
再生可能エネルギーの中でも下水由来の安定的な都市資源であり、地球温暖化対策のひとつとして有効利用が期待されているでつ。

下水汚泥はカロリーが低いのが難点と言うか水分をいかに抜くかでつなぁ～
でも下水の汚泥もメタンガスがあるわけだし、そりを使わない手はないでつなぁ～
ガスエンジンもいいけどマイクロガスタービンもありじゃ～ないかなぁ～

水・CO2からe-メタン合成まで一貫製造するでつ。

SOECメタネーションの実験装置が完成し、試験運用を開始したと発表。
今後、段階的な試験運用を経て、2030年度に世界最高レベルのエネルギー変換効率約85％から90%を
実現するe-methane （e-メタン）製造技術の確立を図るでつ。

SOECメタネーションとは、水やCO2を電気分解するSEOC電解装置で生成した水素や一酸化炭素を、
メタン合成反応装置にてe-methane を合成する技術。

今回完成した実験装置は、水とCO2の電気分解からe-メタンの製造を一貫して行えるのが特長で、1時間当たり0.1Nm3のe-メタン製造が可能。
さらに、高温約700℃から800℃でSOEC電解するため、電解に使用する再エネの使用量を削減。
メタン合成時の排熱も活用することで、e-メタン製造コストの削減できるでつ。

この装置を用いて、SOEC電解装置やメタン合成反応装置の性能確認を行うとともに、プロセス全体の運転データを取得。
目標とするエネルギー変換効率を達成するための検証を進めるでつ。

今後は、2025年度から2027年度にベンチスケール試験e-メタン製造規模10Nm3／h級。
2028年度から2030年度にパイロットスケール試験同400Nm3／h級を進めるでつ。
2030年度に世界最高レベルのエネルギー変換効率約85〜90%を実現するe－メタン製造技術の確立するでつ。

将来的には、2031年度以降の実証フェーズを経て、2030年代後半から2040年頃に実用化するでつ。
今回の取り組みは、産業技術総合研究所とともに、新エネルギー・産業技術総合開発機構のグリーンイノベーション基金事業に
採択されてるでつ。

二酸化炭素からメタンというのは、よく思いついたなぁ～
そうすることで二酸化炭素の排出量が削減できれば、地球温暖化もなくなってくるでつなぁ～
だけど温暖化ガスって二酸化炭素だけなのかなぁ～