メタンから直接エチレンを製造　石油化学産業の新たなブレークスルー

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メタンから直接エチレンを製造　石油化学産業の新たなブレークスルー　化学707ニュースネットより：
化学・石油化学分野における30年以上にわたる努力がついに実現した——豊富に存在し価格も安い天然ガスを、世界で最も大量に使用されている化学原料であるエチレンに直接変換できるようになったのだ。 　　最近、アメリカのSiluriaテクノロジーズ社（以下、Siluria社）は、テキサス州にある試験工場で盛大な稼働式を行い、天然ガスを直接工業的に大量にエチレンに変換することに成功した世界初の企業となった。新しいルートは、石油を原料とする従来のエチレン産業に大きな変革をもたらすかもしれない。 　　化学界の「聖杯」　基礎工業原料として、エチレンは石油化学産業において重要な位置を占めており、エチレンの生産量は**石油化学の発展水準を測る重要な指標の一つです。 　　北米と中東を除き、我が国を含む世界のほとんどの**や地域では、ナフサを原料にして蒸気分解法によってエチレンを製造している。この方法は、エネルギー消費が多く、温室効果ガスの排出量も多い上にコストも高いだけでなく、原料が石油であるため貴重な石油資源を奪うことにもなる。 　　石油依存度を低減するため、各国はメタンを主成分とする天然ガスからオレフィンを製造する研究を行っている。天然ガスからエチレンを製造する方法には、直接法と間接法の2種類がある。間接法の煩雑で長いプロセスと比べて、直接法は一歩だけでメタンをエチレンに変換できるため、高い経済的価値があり、非常に魅力的です。 　　しかし、メタンの選択的活性化と定向変換は世界的な難問であり、化学界全体の「聖杯」と称されているため、1980年代から21世紀初頭にかけて、学界は産業的に実用可能なメタンからのエチレン直接製造プロセスを開発することができなかった。 　　突破の鍵は触媒にある。2010年、Siluria社はバイオテンプレートを創造的に活用してナノワイヤー触媒を精密に合成し、ハイスループット技術を用いて多数の候補触媒の中から最も適した元素組成を選び出すことで、工業的に実用可能なメタンからエチレンを直接製造する触媒を開発しました。 　　この触媒は、従来の蒸気分解法の操作温度である200℃～300℃よりも低い温度で、5～10気圧の条件下において、メタンをエチレンに効率的に変換することができ、その活性は従来の触媒の100倍以上である。 　　Siluria社が設計したリアクターは2つの部分に分かれており、一方はメタンをエチレンとエタンに変換するためのもので、もう一方は副生成物であるエタンをエチレンに分解するためのものです。分解反応に必要な熱は、メタンの変換反応で放出される熱から得られます。この設計により、リアクターへの供給材は天然ガスでもエタンでも可能となり、同時にエネルギーを最大限に節約できる。 　　石油代替戦略の推進　Siluria社が開発した天然ガス直接エチレン製造プロセス（以下、新ルート）の技術的優位性は、主に5つの点に表れている。すなわち、従来のナフサ分解法によるエチレン製造と比べてコストが低く、温室効果ガスの排出量が少なく、省エネであり、経済的価値も高いという点である；エチレンはさらに液体燃料に変換することができ、これにより全工程の経済的価値がさらに高まる；原料の要求は厳しくなく、メタンは天然ガスでもバイオマスでもよく、酸素源は純酸素でも酸素濃縮空気や圧縮空気などでも構わない；既存のエチレン製造装置や回収設備を活用でき、改修コストが低い；天然ガス資源が豊富であるため、重要な戦略的価値を持つ。 　　オレフィン産業への影響に加えて、この新しいルートはガソリン、ディーゼル、航空燃料を含む液体燃料の生産にも影響を与えることになる。Siluria社はエチレンから液体燃料を製造する技術も同時に開発しました。これにより、天然ガスから液体燃料を作る新たなルートが生まれました。現在のフィッシャー・トロプシュ法に基づくルートと比べて、Siluria社のこのルートではエネルギー消費の多いフィッシャー・トロプシュ法を経由する必要がなく、投資コストだけで25％～30％節約できます。 　　エチレンであれ液体燃料であれ、従来は石油を原料として製造されてきたが、新しいルートによって貴重な石油資源を節約し、石油代替戦略を推進することができる。 　　2014年6月、世界最大のガス・エンジニアリンググループであるドイツのリンデ社はSiluria社と協力契約を結び、両社はテキサス州にある試験工場でこの技術の最終的な規模拡大および検証作業を共同で行うことにした。合意に基づき、両社はそれぞれの技術や専門的なソリューションを最適化して一つのパッケージ案にまとめる。リンデ・グループは、このパッケージ案の使用許諾を石油化学業界に提供する責任を負い、既存のエチレン製造プラントの改造・拡張や、世界水準の新規エチレン製造プラントの建設に活用される予定である。許諾業務は2015年下半期から開始される見込みだ。 　　2014年8月、世界をリードする統合型エネルギー化学企業であるサウジアラムコはSiluria社に出資し、サウジアラビアで初めて新しい製造プロセスを導入する計画を立てました。 　　これまで、中東地域のエタン生産量が新しいエチレン工場を支えるには不十分だったため、新規企業は高コストなナフサ原料へと転向せざるを得なかった。 　　そして、Siluria社の新しいルートはまるで救いの雨のように登場し、急速に中東の石油化学企業の注目を集め、彼らにとっての潜在的な市場となった。 　　海外だけでなく、新ルートも同様に米国の**注目を集めている。2014年3月、Siluria社のCEOは高規格な「2020エネルギー政策フォーラム」に招待されて講演を行い、招待された企業の中で天然ガス業界の企業としては唯一の存在でした。その後、シルリア社の経営陣はホワイトハウスを訪れ、米国エネルギー長官らと共に米国の将来のエネルギー政策について協議した。 　　アメリカは、新たなルートが自国のエネルギーおよび製造業にとって持つ戦略的価値を認識しており、雇用創出と経済発展を促進するための政策の策定を検討している。 　　経験からの学び　我が国のエチレン原料はナフサが主流で、原料全体の約65％を占めている。 　　以前、国際的な原油価格の大幅な上昇と国内の供給需要の矛盾が深刻化する中、オレフィン原料の供給が逼迫し、エチレン産業の発展が制約されました。2015年には、我が国のエチレン不足量は1370万トンに達する見込みです。 　　それだけでなく、我が国にはエチレンの生産コストが高く、競争力が弱いという問題があります。2013年時点で、中東地域におけるエチレンの生産コストは100ドル/トンに過ぎませんでした。北米ではエチレンの生産コストはほぼ300ドル/トン前後で推移していました。一方、我が国におけるエチレンの生産コストは900ドル/トンを超えていました。 　　したがって、我が国には新たなエチレン生産ルートを開拓する必要がある。天然ガスから直接エチレンを製造する研究分野において、我が国はすでに堅固な研究基盤を築いており、中国科学院や大学などの研究機関には優れた研究力が備わっている。 　　したがって、我が国は「十二五」計画におけるメタノールからのオレフィン製造の成功体験を参考にし、天然ガスから直接エチレンを製造する研究を**「十三五」計画の関連発展計画に盛り込むことを提案する。研究機関と石油化学企業が研究開発で協力し、基礎研究の成果をできるだけ早く工業生産に結びつけることで、現在エチレン業界が直面している原材料供給の課題を解決し、生産コストを削減する。これにより、我が国のエチレン業界およびその下流産業の競争力が強化される。