火力発電におけるアンモニア混焼技術の開発

摘要

現在，CO_2削減に貢献するエネルギー源として水素が国内外で注目されている．水素は利用時にCO_2を発生させないが，二次エネルギーであるため，他のエネルギーから水素を製造し，運搬·貯蔵して需要先にて利用する技術，すなわちサプライチェーン全体を構築する必要がある．しかし，水素は輸送·貯留に要するコストが高いことが知られており，水素を輸送に適した液体水素やメチルシクロヘキサン（MCH），アンモニアなどの物質（エネルギーキャリアと呼ぶ）に変換する方法が注目されている．これらのキャリアの中でも，アンモニアはその優れた特徴から，ガスタービンやボイラの燃料として直接利用することが期待されている．①単位体積当たりの水素含有重量が大きい．②容易に液化できる（8.46気圧@20°C）ため，輸送·貯蔵に適する．③肥料や化学原料，脱硝設備などに広く利用されており，製造·輸送·貯蔵技術やインフラが整備されている．④水素に再変換することなく直接燃焼が可能である．一方で，アンモニアの燃焼には課題もある．アンモニアは天然ガスと比べて，燃焼速度が約1／5，発熱量が約1／2，断熱火炎温度が200～400°C低い，という特徴があり，火炎が不安定になりやすい．燃焼時に分子中に含まれる窒素原子由来のFuel-NO_xを生成する．その一方で，NO_xの還元作用も有しており，NO_x生成メカニズムが複雑である．このように，アンモニアを燃料として利用するには，アンモニアに適した低エミッション燃焼技術を確立する必要がある．