石炭からのエタノール、第6の現代石炭化学の道か？

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石炭からのエタノール、第6の現代石炭化学の道か？著者/出典：中国化工報　日付：2016年8月10日　クリック数：3　近年、国内の酢酸の生産能力が過剰となり、コストが継続的にマイナスとなっている。メタノール燃料は、関連する規格の欠如、毒性、および燃料系統の非金属部品への腐食といった問題により、普及が妨げられている。これにより、多くの研究機関や投資家が石炭からのエタノール製造に注目し始めました。現行の技術条件下では、石炭からエタノールを製造することで、大量の酢酸を消費し、酢酸の生産能力過剰という問題を緩和できるだけでなく、エタノール混合ガソリンを普及させることで石油の一部を代替し、国内の石油への依存度や自動車排気ガスの排出量を減らすことができるからです。実際、専門家の中には、石炭からのエタノール製造が、石炭からのオレフィン、石炭からの天然ガス、石炭からの石油、石炭からのエチレングリコール、石炭からの芳香族化合物に続き、もう一つの投資のホットスポットであり、最も有望な石炭化学の発展分野になるだろうと予測する人もいる。では、石炭からのエタノール製造は本当に第6の現代石炭化学工業の道となり得るのでしょうか？ 技術的ブレークスルーによりプロジェクトが急増。4月28日、中国科学院大連化学物理研究所の技術を活用して建設された江蘇索普（集団）有限公司の年産3万トンの酢酸水素化によるエタノール製造用工業実証プラントが、初回の投入に成功し、安定した運転を実現した。大化所の丁雲傑研究員によると、ソープ社の実証装置の運転結果から、ほぼ同等の物質消費量およびエネルギー消費量の条件下で、大化所が開発した酢酸の水素化によるエタノール製造技術により、純度99.6％以上の無水エタノールを生産できることが示された。この指標は、米国のセラニス社の酢酸水素化技術を約5ポイント上回っており、大化所の技術がすでに国際的な先端水準にあることを示している。 これは、大化所が1ヶ月ぶりに公開した、さらに先進的な石炭からのエタノール製造技術である。今年3月上旬、大化所の副所長であり中国工程院の院士でもある劉中民は、同研究所が開発した「石炭を合成ガスに変換してメタノールを製造し、そのメタノールからジメチルエーテルを作り、さらにジメチルエーテルをカルボニル化して酢酸メチルを生成し、最終的に酢酸メチルを水素化して無水エタノールを生産する」という技術を用いた、陝西延長石油集団の年間10万トン規模の石炭からのエタノール製造プラントが10月に完成し稼働を開始すると明らかにした。また、この技術を活用した年間20万トン規模および30万トン規模のプロセスも現在策定中である。 丁云杰によると、石炭からエタノールを製造する技術の将来性が有望であると見て、大化所では、合成ガスをカルボニル化合物で水素化してエタノールを製造する方法、合成ガスを酢酸で水素化してエタノールを製造する方法、オレフィン/酢酸をアセテートで水素化してエタノールを製造する方法、そしてメタノール/合成ガスをカルボニル化して水素化してエタノールを製造する方法、という4つの石炭由来エタノール製造技術の研究を同時に進めており、すべてで重要な技術的突破を達成したとのことだ。その中で、合成ガスをカルボニル化合物の水素化によってエタノールに変換する技術は、今年中に千トン規模の工業的パイロットプラントでの試験が完了する見込みです；合成ガスを酢酸水素化してエタノールを製造する技術、およびオレフィン/酢酸をアセテート水素化してエタノールを製造する技術の2つは、すでに工業的に利用されている；メタノール/合成ガスのカルボキシル化水素化によるエタノール製造技術のための工業化実証プラントが建設中である。 筆者の知る限り、国内の他の企業や研究機関においても、石炭からエタノールを製造する技術の研究が同様に飛躍的な進展を遂げている。 2011年、上海戊正工程技術有限公司は酢酸エステルの触媒水素化によるエタノール製造技術を開発し、年間60トンの生産能力を持つパイロットプラントを建設した。ここでの酢酸エステルの転換率は96％以上で、エタノールの選択性は98％以上であった；2012年7月17日、西南化工研究設計院が独自に開発した酢酸エステル化水素添加によるエタノール製造技術が、四川省科学技術庁が主催する専門家による鑑定を通過した。その結果、開発された専用触媒は活性が高く、安定性も良好で選択性も高いことが確認され、転化率は97％に達し、エタノールに対する選択性も98％以上となった；2012年8月上旬、江蘇丹化集団有限責任会社が独自に開発した酢酸エステルの水素化によるエタノール製造技術を採用して建設された年産600トンのパイロットプラントが、1,000時間にわたり安定運転を行った。その結果、酢酸エステルの転化率は約98％で安定し、エタノールの選択性も99％に達した。現在、同社は年産10万トンおよび20万トン規模のプロセスパッケージの策定を完了している；2013年半ば、上海浦景化工技術株式会社が開発・建設した、合成ガスから酢酸を水素化してエタノールを製造する年産600トン規模のパイロットプラントが評価検収を通過し、2015年末には年産10万トンおよび20万トン規模のプロセスパッケージの策定を完了した；2015年1月、中国石化上海工程有限公司が北京化工研究院および四川維尼綸工場と共同で実施した、酢酸の水素化によるエタノール製造に関する単管試験研究およびプロセスパッケージの研究開発プロジェクトは、中国石化の科学技術部が主催した専門家による審査を通過しました。現在、年間10万トン規模の酢酸の水素化によるエタノール製造プロセスパッケージの開発と作成が完了しています。 重要技術のブレークスルーと製造工程の多様化に伴い、国内の石炭からエタノールを製造するプロジェクトの建設が静かに活気づき、計画中のプロジェクトも増加している。 2010年9月、河南煤業化工集団は中国科学院生物局およびニュージーランドのランゼ社と協定を締結し、石炭ガス化生物発酵法を用いてエタノール燃料やその他の化学製品を生産する計画を立てました；2011年1月、世界の化学大手であるセラニス社は、中国の南京化学工業園および珠海高栏港経済区にそれぞれ3億ドルを投じて、年間40万トンの合成ガスを酢酸水素化法によって工業用エタノールに変換する工場を建設する計画だと発表しました；2011年6月、セラニス社はさらに1億8,000万ドルを投じて、南京化学工業園区にある既存の石炭化学統合プラントを改良し、工業用エタノールの生産能力を年間約20万トン増やす計画であると発表した；2011年3月、宝鋼集団、ニュージーランドのランゼ社、中国科学院が協力する年間300トンの排ガスからエタノールを製造する実証プロジェクトが上海で着工した；2012年4月16日、西南化工研究院の酢酸エステル化水素化法によるエタノール製造技術を活用して建設された、年産20万トン規模の石炭由来エタノールの工業化実証プラントが、河南省の順達科技有限会社で正式に着工した；2014年3月13日、遼寧省葫芦島市はフード・ホールディングスグループ、生命人壽保険株式会社、吉林コーネルグループと共に640億元を投じ、第1期では年間360万トンの石炭由来燃料エタノールおよびメタノールの貯蔵・輸送基地などを建設し、第2期では年間120万トンの石炭由来対ジメチルベンゼンやオレフィン、およびそれらに関連する下流製品の生産プラントを建設する計画である；2015年1月、大化所の合成ガスからメタノール―ジメチルエーテル―酢酸メチルを経て水無しエタノールを製造する技術を採用し、延長石油集団が建設する年産10万トンの石炭由来エタノールの工業化実証プラントの着工が行われた；2015年5月、中宏環保新エネルギー有限公司は内モンゴル自治区ウハイ市**と投資協力契約を締結し、両社は合計103億元を投じて、年産100万トンの石炭からの工業用エタノール製造プラントおよび年産30万トンのエポキシプロパン製造プラントを建設することにした；2015年8月、約16億元の投資が行われる唐山市の唐山中溶科技有限公司による、年間30万トンの石炭からエタノールを製造するプロジェクトが着工されました。このプロジェクトでは、年間10万トンのエタノールを生産するための生産ラインが建設され、第2期では年間20万トンのコークスガスからエタノールを製造する規模で建設が進められます；2015年第4四半期に、北京首鋼朗泽新能源科技有限公司による年間4.5万トンの工業用ガスから燃料エタノールを製造するプロジェクトが正式に始動しました。 筆者の大まかな統計によると、2015年末時点で国内で計画されている石炭系エタノールプロジェクトは15件に達し、エタノールの総生産能力は年間670万トンに上っている。プロジェクトの進捗に基づき、2017年末までに国内の石炭系エタノールの生産能力は100万トン/年に達すると見込まれる。 今後の見通しについては意見が分かれている。楽観的な見解を示しているのは、劉中民、丁雲傑、中科合成油技術有限公司の技術顧問である唐宏青、上海浦景化工有限公司のマーケティング部門マネージャーである姜鉄斌など、業界関係者たちだ。彼らは石炭からエタノールを製造することの将来性に対して楽観的な姿勢を取っている。 将来性はMTOに劣らない。劉中民氏は筆者に対し、エタノールは世界で認められている優れたガソリン添加剤であり、部分的に代替したり、触媒脱水によってエチレンを製造したりすることもでき、社会に受け入れられやすいと語った。世界全体でのエタノールの年間生産量は約1億トンですが、我が国ではわずか200万トンに過ぎません。また、その製造には主に穀物やサトウキビなどを用いた生物発酵法が採用されており、食料との競合や農地との競合が生じ、コストも高くなるという問題があります。石炭からのエタノールはそうではない。中国は石炭資源が比較的豊富であり、複数の石炭からエタノールを製造する技術も有している。そのため生産コストが穀物ルートよりも著しく低く、強い競争力と広い発展前景を備えている。 “客観的に見て、石炭からのエタノール製造の展望は、メタンオールからの低炭素オレフィン製造に劣るものではない。”劉中民によれば、メタノールと比べてエタノールの後段加工ルートはより多様で、派生品の付加価値も高い。エタノールは、エチレンやエチルベンゼンだけでなく、エーテル、ケトン、エステル、その他のアルコール類など、多くの大量生産化学品や精密化学製品も製造することができる。また、エタノールは重要な有機溶剤であり、医薬品、塗料、衛生用品、化粧品、油脂など、さまざまな分野で広く利用されています。基本的な化学原料として、エタノールはアセトアルデヒド、ジエチルエーテル、クロロエタノール、クロロエタン、酢酸、ブタジエン、アクリレート、ジエチルスルフィド、エチルアミンなどの製造に利用される；また、染料、香料、合成ゴム、洗剤、農薬などの製品を生み出す多くの中間体もあり、製品は300種類以上に上ります。 コスト優位性が明らか。「合成ガス一段法によるエタノール製造技術はまだ完全に確立されていないため、現在の石炭からエタノールを製造する技術の中では、石炭を合成ガスやメタノールを経由してエタノールに変換する技術が最も有望である。」”丁雲傑は、まず第一に、国内外で一般的に採用されている発酵法によるエタノール製造プロセスと比べて、石炭からのエタノール製造にはコスト面での明らかな優位性があると考えている。国内の穀物エタノール製造法における最適な消費水準は、トウモロコシ3.2トンでエタノール1トンを生産することであり、さらにエタノール1トンを生産するごとに12～15トンの廃水が排出されるため、経済性が悪く、環境問題も深刻である。次に、現在の石炭価格のもとで、石炭を合成ガスに変えて酢酸を製造し、その酢酸を水素化してエタノールを作る技術の生産コストは約4200元/トンです。また、オレフィン/酢酸を重合・エステル化して酢酸エステルを製造し、さらにそれを水素化してエタノールを作る技術のコストは約4000元/トンです。一方、メタノール/合成ガスを原料としてカルボニル化（特に多相カルボニル化）およびその水素化を経てエタノールを製造する技術のコストは、3500～4000元/トンと見積もられています。間違いなく、後者のコストは最も低く、競争力も最も高い。また、メタノール/合成ガスプロセスは既存の石炭からのメタノール製造設備を十分に活用でき、投資が少なく、早期に効果が得られる。外部からメタノールを調達しても、国内のメタノール生産能力が過剰で価格が安いため、恩恵を受けることになる。これによって低コストのエタノールを製造し、さらに脱水してエチレンを生産すれば、その総合的な効果は、大規模な投資が必要なメタノールからのオレフィン製造よりも優れるだろう。 姜鉄斌は、合成ガスを酢酸水素化してエタノールを製造するという展望をより高く評価している。彼によると、合成ガスから直接エタノールを製造する技術はまだ工業化まで程遠い。一方、合成ガスからメタノールを作り、そのメタノールと一酸化炭素からアセトンを合成した後エステル化し、さらに水素化してエタノールを製造するプロセスには、工程が長く、設備が多く、投資額も大きいといった欠点がある。しかし、合成ガスをアセトン経由で水素化してエタノールを製造する方法は、工程が短く、投資額も少なく、触媒の選択性も高い。また、セラニス社が南京に建設した年間27.5万トン規模の工業装置が1年以上稼働しており、その技術の実用性と信頼性が証明されている。コスト面でも優位性があり、投資リスクも管理可能である。年間20万トンのエタノールプロジェクトを例にとります。外部から購入した酢酸を水素化してエタノールを製造するプロジェクトの投資額は1億8000万円だけで済むが、同規模の酢酸エステル化後に水素化するプロジェクトでは3億2000万円から3億5000万円の投資が必要となる。生物法と比較すると、酢酸水素化法のコスト優位性はより顕著である。石炭価格が1トンあたり400元の場合、モデルによる酢酸水素化法によるエタノールの総コストは1トンあたり3900～4000元に過ぎず、最も先進的なバイオエタノール製造プロセスよりも1000元以上安い。 販売に問題はない。「エタノールの販売ならなおさら問題ない。」”姜鉄斌は、中国のエタノールの年間生産量は200万トン強に過ぎないが、自動車用エタノール燃料の年間需要量は260万トンに達し、白酒業界では年間200万トンのエタノールが必要である。さらに工業分野での年間200万トンやその他の分野での需要も加わり、国内のエタノールの年間総需要量は700万トンを超え、供給不足は500万トンにも上ると述べた。これにより、低コストな石炭からのエタノール製造の普及に向けて、巨大な市場空間が開かれた。合成ガスを用いた一工程法によるエタノール製造が画期的な進展を遂げ、工業化されれば、石炭からエタノールを作り、さらに脱水してエチレンを製造するコストはさらに低くなるだろう。その時点で、エチレン価格が1トンあたり8000元前後を維持していれば、石炭からエタノールを製造してエチレンを再生産することは大きな競争力を持つことになる。 慎重派の中国石油化学工業連合会情報・市場部副部長の祝昉や、延長石油集団の石炭化学分野の専門家である李大鵬らによれば、石炭からエタノールを製造する技術の将来性は、それほど楽観的ではないという。 工業化の時期は未熟　祝昉は、石炭からエタノールを製造することの工業化には、現時点ではまだ時期が早いと述べている。第一に、歴史的にエタノールの製造方法には石油ルートとバイオルートがあり、石炭からのエタノール製造は革新的なアプローチに属する。いくつかのルートではパイロット試験が完了したり、小規模な工業化装置が建設されたりしているものの、大規模な工業化技術の実現可能性とプロジェクトの経済性については、さらなる検証が必要である。また、石炭からのエタノール製造プロセスには、投資額が大きい、工程が長い、消費量が多い、総合的なコストが高いといった欠点がある。一方、多くの人々に期待されている合成ガスを用いた一工程法によるエタノール製造の道筋も、実質的な突破口は見られず、工業化はまだ遠い先の話である。このような状況下で、無計画に石炭からのエタノール製造に投資すれば、巨大な投資リスクに直面することになる。第二に、現在の低油価下では、石炭からのエタノール製造のコスト優位性は大きく削がれ、経済性が厳しい試練に直面している。第三に、石炭からのエタノール製造の市場潜在力が懸念される。エタノールの最も有望な市場は自動車用燃料ですが、中国の精製油市場は依然として3つの中央企業によって独占されており、エタノール燃料の普及は非常に困難でしょう。第四に、現在、エタノール燃料メーカーは基本的に**補助金に頼って生き残っており、石炭からエタノールを製造しようとする企業の多くも、事前評価段階で**補助金を収益に含めている。一方で、**現在はバイオエタノール燃料にのみ補助金が給付され、閉鎖的な運用が行われているだけであり、石炭から作られるエタノール燃料が今後も補助金を受けられるかどうかは不確実要素がある。他方、たとえ石炭から作られるエタノール燃料が補助金を受けられたとしても、その額はますます減少していくため、事業の収益性には大きな不確実性が伴う**。第五に、メタノールと比べてエタノールの下流市場は非常に小さい。メタノールからのオレフィン製造、メタノールからの芳香族化合物製造、M100メタノール燃料などは、一度規模化されれば、計り知れないほど巨大な市場需要が生まれるでしょう。エタノールはそうではない。前述の通り、自動車用燃料としては抵抗が大きい。エチレンの製造に使う場合、原子経済性の観点から見て非常に非効率的です。さらに重要なのは、アセチレン法によるエチレン製造プロセスの優位性がますます明らかになり、エタノール法によるエチレン製造ではそれと競争するのが難しくなるという点です。 電動車との競争に直面し、李大鵬は、世界全体で石油供給が緩和し、価格が低水準で推移することが常態化すると考えており、国内の石油精製企業はすでにコスト倒れの状態にある。例えば、延長石油集団は、精製油を1トン生産するごとに1000元以上の損失を被っている。窮地を脱するため、延辺石油集団を含む多くの精製化学会社が、成品油から芳香族化合物を製造するプロジェクトを計画している。このような状況下で、エタノール燃料の良好な市場見通しに基づいて石炭からエタノールを製造するプロジェクトを推進しようとする考えは、明らかに適切ではない。また、世界の石油掘削施設の半分がアメリカにあります。水平分割圧裂などの先進的な技術を活用することで、アメリカの石油井の約3分の1は1バレルあたり30ドルのコストで済み、シェールオイル井の大部分は1バレルあたり50ドルを超えない。このような状況では、国際原油価格が1バレル50ドルを超えれば、さらに多くの油田が再稼働するだろう。さらにイランなどが増産を続けており、OPECの他の加盟国やロシアなどの主要な産油国も減産を拒んでいるため、国際的に石油の中長期的に供給過多となっている。このような状況では、明確な経済的優位性がないエタノール燃料は、普及・導入が困難になるでしょう。さらに重要なことは、新エネルギー自動車の規模が拡大し、特に新型の大容量バッテリーが登場するにつれて、電気自動車が将来の自動車の主流となるということです。その時になって、石油大手たちでさえ成品油の販売に苦労しているのに、どうしてエタノール燃料を受け入れるでしょうか？ エネルギー利用効率が低い　中国石油化工集団公司経済技術研究院の副総工程師である安福氏や、北京三聚環保科技有限公司の副総経理である付興国氏などの専門家も、原油価格が継続して低水準で推移する状況下では、石炭からエタノールを製造することは、経済的効果もエネルギー利用効率も非常に悪いと指摘している。一部の人々がエタノール燃料を良いと見なすのは、主に**補助金政策から利益を得たい**からです。しかし実際には、2015年1月1日より、**変性燃料エタノールの指定生産企業に対する付加価値税の先行徴収後還付制度が廃止され、自動車用エタノールガソンの調合用に穀物を原料として生産される変性燃料エタノールに対する5％の消費税が復活した**。これは、政策的な面で穀物由来エタノールへの支援が弱まっていることを示している。一部の業界関係者が期待を寄せているエタノールからエチレンを製造する手法は、経済性がさらに悪い。エチレンを製造する原料にはナフサ、メタノール、エタンのほか、メタンやアセチレンもあるため、エタノールを使ってエチレンを製造する場合、競争はさらに激しくなり、先行きは不透明である。 上馬プロジェクトは地域に応じて決定される。では、関連する科学研究機関は引き続き石炭からのエタノール製造技術の研究開発を行うべきか？企業は石炭からエタノールを製造するプロジェクトを始めるべきか？関連専門家は、技術開発を怠ってはならず、プロジェクトを立ち上げる際には地域の状況に応じた対応が求められると提言している。 石油化学工業計画院の副院長である李志坚は、石炭からエタノールを製造する方法は新たな石炭化学プロセスであり、市場主導の革新の産物だと指摘した。その原子経済性については早急に評価すべきではなく、ましてやその経済性やエネルギー効率などについても、早々に批判したり否定したりすべきではないと述べた。 陝西煤業化工集団公司の副総工程師である張小軍は、一方では石炭からエタノールを製造する技術はまだ始まったばかりであり、さまざまな技術的アプローチについては、さらなる最適化と改善が必要だと分析している。一方で、メタノールと比べてエタノールの毒性は低く、自動車燃料として一般の人々に受け入れられやすいものの、広範囲に普及させることができるかどうかには多くの不確実性がある。このような状況下で、企業は現在比較的信頼性が高くコストも比較的低い合成ガスを酢酸水素化によってエタノールに変換するという過渡的な技術を慎重に採用し、人材や市場を育成すべきである。合成ガス一工程法によるエタノール製造技術にブレークスルーがもたらされ次第、迅速に参入し、企業の短期的および長期的な利益を最大限に引き出す。 延長石油集団炭水素センター石化所の副所長である黄伝峰は、石炭からエタノールを製造するにあたって、最も合理的な方法は合成ガスを用いた一工程で直接エタノールを製造することだと述べている。しかし、このプロセスでは貴金属を触媒として使用する必要がありコストが高く、さらに一回の転換率が低くエタノールの収率も低いため、混合アルコールからエタノールを分離するのが困難でエネルギー消費も多く、短期間で実質的な突破口を見出すのは難しい。現在、信頼性が高いのは、酢酸水素化および酢酸メチル水素化によるエタノール製造という2つの工程だけです。前者はカルボニル反応に属し、後者はヒドロキシ反応に属する。しかし、これら2つの技術的アプローチは合理的なのでしょうか？工業化装置のエネルギー消費水準、低油価下での経済性は一体どうなのか？まだ検証が必要です。したがって、引き続き詳細な試験や技術開発、最適化を進め、産業化に向けた技術的準備を整えることはできるが、盲目的にプロジェクトに投資するべきではない。 陝煤化集団の常務副総経理であるユーシティは、石炭からエタノールを製造するプラントを単独で建設するには大きなリスクがあるものの、それだけで石炭からエタノールを製造するプロジェクトの将来性を否定すべきではないと考えている。石炭系酢酸一体型プラントを持つ企業が、技術改革によって安価な水素を得て、それを自社で生産した酢酸と反応させてエタノールを製造すれば、間違いなく優れたコストメリットと大きな利益の余地が生まれるだろう。企業が燃料エタノールの生産資格を取得し、生産したエタノールを中国石化や中国石油に順調に販売できれば、良好な収益を得ることができる。また、独立した石炭系メタノール製造設備を持つ企業も、メタノール/合成ガスのカルボキシル化水素化技術を用いてエタノールを生産することを試みることができる。既存の設備を十分に活用できるため、投資額が少なく早期に成果が得られ、良好な収益が見込めるだろう。 中国工程院の院士で清華大学の教授でもある金涌は、合成ガスを用いた一工程法によるエタノール製造技術の研究をさらに強化し、早期にブレークスルーを達成して工業的な応用を実現すべきだと指摘した。その時になれば、石炭からのエタノール製造は真に投資価値を持つようになるだろう。それに先立ち、周辺で酢酸の供給が十分なカルシウムカーバイドやコークス製造企業は、自社のカルシウムカーバイド炉の排ガスやコークス炉ガスから得られる水素を外部から調達した酢酸と組み合わせ、地域の状況や能力に応じて適切な酢酸水素化エタノール製造装置を建設することが推奨される。 李大鵬は、関連企業は見通しが不透明な石炭製エタノールプロジェクトに資金を投じるよりも、新エネルギー車の普及や電力需要の継続的な増加に伴う商機を享受するために、電力分野に投資すべきだと提案している。