石炭からの天然ガス製造は実現可能か？

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我が国のエネルギー供給は、「自給主導、石炭中心」であり、かなり長い期間変わることはないだろう。石油や天然ガス資源が日々不足していく中で、石炭の重要性は徐々に高まっている。しかし、石炭の自然な性質上、従来の石炭変換技術は資源や環境への負荷が大きく、かつ輸送能力も高いものが求められる。エネルギー需要を満たし、省エネ・排出削減を促進するため、石炭からの天然ガス製造の発展は、将来の石炭のクリーンな利用において避けられない選択肢である。 現在、石炭からの天然ガス製造技術はかなり成熟しており、世界中で複数の工業的生産設備が安定して稼働しているため、技術的なリスクは低い。したがって、石炭からの天然ガス生産産業を発展させることは、我が国の石油・天然ガス資源の不足を効果的に補い、エネルギー安全を確保するための重要な手段であり、我が国の天然ガスの供給と需要の不均衡を緩和し、社会経済の均衡ある発展を促進するのに役立つだろう。しかし、中国の石炭からのガス製造産業の発展については、業界内で常に議論がある。企業関係者は、石炭ガス化プロジェクトは投資額が莫大で、少なくとも100億〜200億に上り、しかも石炭・水・電力の消費量が多いと分析している。天然ガスはクリーンなエネルギーであるにもかかわらず、石炭から製造される天然ガスは、製品のライフサイクル全体で見ると、必ずしもクリーンではないようだ。現在、**天然ガス網と市場が大手石油会社に独占されている状況下で、石炭からの天然ガスの今後の販売も問題となっている。さらに、2015年から世界経済が低迷し、国際原油価格が大幅に下落したため、天然ガス価格も低下し、需要の成長速度は徐々に鈍化した。これらの要因により、石炭からのガス製造プロジェクトの投資収益性が不透明となり、業界内では様子見の姿勢が強まっている。これもまた、現在、プロジェクトの承認は多いのに建設が少なく、進捗が遅れている主な理由の一つです。 プロジェクト運営における問題点 1、経済性が低い 石炭からガスを製造する際のコスト構成において、石炭が60％を占めており、石炭価格の変動が石炭ガスのコストに大きな影響を与え、リスクも高い。また、実証プロジェクトの運用状況から見ると、石炭からガスを製造する際の実際の生産コストは非常に高く、輸入ガス（輸入ガスには**補助金が付く）にしか及ばないため、生産コストの面で石炭製ガスにはほとんど優位性がない。販売価格に関しては、現在、パイプライン輸送および液化によるLNG、石炭ガス化によるガスの販売価格はいずれも現地の天然ガスの受け入れ価格を上回っており、競争力は低い。 2、ガス化技術の選定に問題がある 現在稼働中の石炭からのガス製造プロジェクトにおけるガス化技術は、主に粉砕石炭加圧ガス化技術と水素化石炭スラリーガス化技術の2種類に分かれる。その中で、石炭粉圧力ガス化技術の適用が比較的広く、その割合は89.48％に達している；水コークススラリーガス化技術の割合は10.52％です。二つの技術にはそれぞれ長所と短所があるが、技術の応用過程でいずれも程度の差こそあれ問題が発生した。石炭粉加圧ガス化技術における主な問題は、廃水処理が困難で環境を汚染することであり、一方、水石炭スラリーガス化技術の問題は、ガス化プロセスのエネルギー消費量が実証プロジェクトの基準値に達していないことである。以上から、単一ガス化技術の適用がプロジェクトの運営にリスクをもたらすことがわかる。 3、水資源と汚水排出の問題 石炭ガス化プロジェクトは大量の水を消費するが、現在のプロジェクトの多くは水資源が不足している内モンゴルや新疆などの地域に位置している。これらの地域は生態が脆弱で、土壌の自己浄化能力が弱く、さらにほとんどが砂漠化が進んだ荒地や砂漠であり、汚水を受け入れる水域が欠如しているため、プロジェクトで発生する汚水に対する処理能力はほとんどない。近年、企業による廃水が砂漠を汚染する事件が頻発し、多くの環境問題を引き起こしている。このような事態を防ぐため、企業には汚水処理にさらに投資を行い、汚水のゼロ排出を実現することが求められている。しかし、汚水ゼロ排出は世界的な難問であり、現時点では適用可能な成熟した技術はまだ存在しません。これはプロジェクトの発展を制約し、収益に影響を与える主要な問題です。 石炭からの天然ガス市場分析　石炭からの天然ガスプロジェクトの発展見通しは、天然ガス市場の供給と需要の総合的なバランスから把握できる。前述の分析によると、天然ガスの消費総量と供給総量の比率は年々上昇しており、需要が供給を上回っている。そのため、補完手段としての石炭由来の天然ガスには、非常に大きな発展の余地がある。現在稼働している石炭からの天然ガス生産能力は、年約40億m3であり、主に大唐内モンゴルケシクテン旗、新疆慶華、匯能オルドス、新疆広匯、そして雲南解化における石炭からの石油製造とメタン生産を同時に行うプロジェクトによるものです。2014年12月時点で、建設中または承認済みのプロジェクトは1162（1215）億m3/年にも上り（出典：中国化工報）、2018年以降に順次市場に投入される見込みです。広範な社会が大気環境の改善を強く望む中、**クリーンエネルギーの利用は着実に推進され、ますます多くの都市や住民が天然ガスを利用するようになるだろう。将来的には天然ガスは電力や水と同様に一般的なものとなり、これは間違いなく巨大な市場である。 石炭からの天然ガス製造の経済性分析 石炭からの天然ガス製造プロジェクトで採用される工程技術によって、投資額や経済的効果には一定の差が生じる。ここでは、40億m³/年の天然ガスプロジェクトを例に計算します。 このプロジェクトは内モンゴル自治区鄂爾多斯の某地に建設される予定で、ガス化にはGSP粉炭ガス化技術および（MK＋ルールィガス化技術）が採用される；変換には低水/蒸気比の耐硫黄変換プロセスを採用する；脱硫脱炭には低温メタノール洗浄技術が採用される；メタン化には海外の先進技術が採用され、プロジェクト建設の総投資額は約256億元となる。プロジェクトの年間生産量：天然ガス40億m3、硫黄8万t、液体アンモニア5万t、粗フェノール4.5万t、硫安2.5万t、ナフサ8万t、ディーゼル燃料18万t、水素化残油0.2万t；年間石炭消費量（5～50mm）：原料炭702万トン、（0～5mm）原料炭400万トン、燃料炭83万トン；水消費量1970万t。 2015年2月28日、**発展改革委員会は通知を発表し、国内の非民生用ガスにおいて、新たに供給されるガスの最高門値価格を0.44元/m³引き下げ、既存のガスの価格を0.04元/m³引き上げることで、最終的に価格を統一した。通知によると、オルドスの天然ガス供給価格は2.04元/m3であるため、天然ガス価格の推定範囲は（1.8～2.1）元/m3と定められている。このガス価格帯において、天然ガス工場の内部収益率が11％となる際の対応する原料石炭価格を算出し、その他の経済評価パラメータは関連規定に準じる。11％の内部収益率を達成するための、さまざまなガス価格および原料石炭価格を算出することができる（図3参照）。 図3に示すように、天然ガス価格が一定で、石炭価格が直線の左側にある場合、プロジェクトの内部収益率は業界の基準収益率を上回り、プロジェクトは経済的に実行可能である。逆に、プロジェクトの内部収益率が業界の基準値を下回る場合、そのプロジェクトは経済的に採算が取れない。石炭からの天然ガス製造の長所と短所の分析 1. 石炭からの天然ガス製造の長所 石炭からの天然ガス製造における省エネ・排出削減の長所 低炭素型の発展は、新たな国際的な経済成長の焦点であり、競争の中心となっている。その核心は、高いエネルギー効率と低い排出量を実現する発展モデルの構築にある。石炭からの石油やメタノール製造と比べて、石炭からの天然ガス製造は二酸化炭素排出量の面で最も優れている。したがって、石炭からの天然ガス産業を発展させることが、排出削減目標の達成に最も寄与し、現代の石炭化学工業の発展要求にも合致する。 石炭からの天然ガス製造の高いエネルギー効率の利点　エネルギー源としての石炭は、直接燃焼して発電する方法や、石油や天然ガス、メタノール、オレフィンなどに変換する技術など、さまざまな利用法がある。その中でも石炭から天然ガスを製造する方法が最も効率的で、理論上は60％を超えることも可能だ。したがって、総合的なエネルギー利用効率から見ると、石炭をクリーンエネルギーである天然ガスに変換することが最も効率的な省エネ法である。 2、石炭からのガス製造プロジェクトにおける問題点
現在、我が国の石炭からの天然ガス製造産業は過剰かつ無秩序に発展している状況にある。**エネルギー局の69号文書「石炭系燃料の実証事業を規範化するための指導意見」では、既に建設されている実証プロジェクトの経験や問題点を徹底的に評価した上で、総合的な計画を立て、科学的に配置し、厳格な基準を設けて、石炭系燃料の産業化実証を着実に推進することが提言されている。主な課題は、エネルギー効率、環境保護、節水、そして技術装備の自給化といった観点から産業化プロジェクトの実証を行うことであり、「実証を優先し、状況に応じて対応する」という基本原則を守ることが求められている。しかし、現時点では具体的な産業政策や設計基準はまだ定められておらず、さらなる研究が必要な問題も多く残っている。 ガス化技術の選定問題 ガス化技術の信頼性は、石炭からの天然ガス製造プロジェクトの安全かつ安定した運用や企業の利益に直接影響を与えます。石炭ガス化は、石炭からの天然ガス製造における核心的な技術です。各種のガス化技術にはそれぞれ長所と短所があり、「万能」なガス化技術というものは存在しない。気化技術の選択は、原料石炭の性質および製品案によって決まります。表3には、建設中または建設予定の石炭系天然ガスプロジェクトで採用されている石炭の品質とガス化技術、および存在する主な問題が示されている。 石炭加圧ガス化技術は、石炭から天然ガスを製造するプラントで比較的広く利用されており、その利点は主に、適用可能な石炭の種類が幅広いこと、投資コストが低いこと、エネルギー効率が高いこと、生成される原料ガス中のメタン含有量が多いこと、フェノールや石油製品が副産物として得られること、国産化率が100％であることなどに表れています。1ラインあたり年間10億立方メートルの生産能力とすると、その投資水準は現在利用可能なすべての石炭ガス化技術の中で最も低いものです；欠点としては、原料に粒径5～50mmの塊炭を使用するため、粒径5mm未満の粉炭は利用できず、蒸気による分解率が低く、フェノール含有廃水の処理量が多いこと、環境保護への圧力が大きいこと、そして1基あたりの処理能力が小さいことが挙げられる。 水資源問題　他のエネルギー・化学製品と比較して、石炭からの天然ガス製造プロジェクトは、エネルギー利用効率および水資源利用効率が最も高い。しかし、その規模が非常に大きいため、水の使用量も膨大である。年産量40億m3の石炭からの天然ガス製造プロジェクトでは、年間約2000万トンの水が使用される。石炭資源が豊富な西部の水不足地域にとっては、困難が大きい。石炭からの天然ガス製造プロジェクトにおいて最も水を多く消費するのは循環冷却水システムであり、次いで製造用水、漏れや滴り落ちる水、分析用の水、生活用水、緑化用の水など、回収が不可能な水がある。 したがって、石炭からの天然ガス製造工場における節水の鍵は、循環冷却水の使用量を削減することです。循環冷却水における最も重要かつ効果的な節水対策は、閉ループ式循環水の採用と空冷器の多用などです；同時に、炭鉱の排水や都市の汚水、中水の再利用、設計の改善、技術の最適化、企業経営レベルの向上といった措置による節水は、大規模な近代的工業の発展に応えるための傾向となっている。 工業化団地の問題　各工業団地間で産業の位置付けをめぐる競い合いが見られ、規模も現実離れしており、客観的な産業集積条件に基づいて位置付けられていない。また、投資誘致においても無秩序な競争が生じている。例えば、国内のある工業団地には現在、石炭から石油を製造する企業や、合成アンモニア・尿素、メタノール、ジメチルエーテル、エチレングリコールを生産している企業があるが、将来計画として年間1,200億立方メートルの石炭ガス化プロジェクトが新たに導入される予定である。この場合、輸送ネットワークの構築および管理において多くの問題に直面することになる。表4では、年間1,200億立方メートルの石炭ガス化プロジェクトに対応するために必要な団地内の輸送能力のみを概算している。 表4からわかるように、年間の石炭消費量が約4000万トンの場合、鉄道輸送を利用すると1時間あたり1.25列（各列67両）の列車が必要となり、年間で約400万トンの灰渣が発生する。これを自動車輸送で運ぶ場合、現在は一般的に自動車輸送が用いられており、20トン積載の車両を使用すると1時間あたり25台の自動車が必要となる。さらに、荷物の積み降ろしにかかる時間や、製造過程で生じる原材料や副産物の輸送も加わるため、非常に巨大な輸送ネットワークが形成される。このような巨大な輸送ネットワークの管理や運営、そしてその構築には克服しがたい困難が伴う。もしプロジェクトが鉱山の近くにある場合は、石炭の輸送はコンベヤーで行えるが、製造過程で発生する灰渣の輸送量は、最終的には工業団地や企業の発展の妨げとなるだろう。 したがって、園区は合理的に計画され、全体の配置がなされる必要があり、循環型経済の原則に従って石炭資源を総合的に開発し効率的に活用し、規模のメリットを生かしてプロジェクトを拡大・強化し、石炭資源をその場で転換させることが求められる。 経済的効果の問題 まず、我が国の石炭からの天然ガス生産業界は、国際的なエネルギー構造の変化、特に将来の石油価格が長期にわたって低水準で推移することなどの影響を受け、その経済的競争力や経済的効果が著しく低下することになる。原油価格の下落は、将来的に天然ガス価格が下落傾向に転じることを間接的に引き起こすだろう。2014年6月以降、国際原油価格は全体的に大幅に下落しており、今後の値下がり余地は限られている。天然ガスの輸入量が徐々に増加することで、我が国の天然ガス市場の競争はさらに激化し、市場内の同質的な競争の影響も強まるだろう。 次に、**石炭からの天然ガス製造プロジェクトに対する環境保護上の要求やコスト投資の要件が徐々に厳しくなっている。**窒素酸化物および二酸化硫黄の排出基準、並びに廃水の「ゼロ排出」が明確に定められており、環境保護要件は従来よりも厳格化している。プロジェクトにおける環境保護関連設備への投資比率も増加しており、現在操業中の石炭から天然ガスを製造する実証プロジェクトを見る限り、今後直面する環境圧力は極めて大きく、企業の経済効益にも懸念が残る。 再び、天然ガスの増加分と既存分の価格統合メカニズムが実現することになるだろう。増加分と既存分の統合により市場の公平性が高まり、天然ガス市場の競争優位性は低下する；ユーザーの直接購入価格の自由化により、下流の大口顧客の市場取引における発言力が大幅に高まり、必然的にガス供給企業はガス製造コストをさらに削減して生き残りを図ることになるだろう。 2013年末に中ミャンマー間の天然ガスパイプラインが稼働し、中国とロシア間で大規模な天然ガス輸入契約が締結されたほか、沿岸部の受入基地も順次稼働することで、輸入可能な天然ガス資源は大幅に増加する見込みです。一方で、中国全体の経済成長率が鈍化するため、天然ガスの需要の伸びも低下するでしょう。将来、さまざまなガス供給源が激しく競争する状況が生じ、石炭からの天然ガスの競争は特に激しくなると予想される。 国内の石炭からの天然ガス製造プロジェクトに関する提言　過去10年間で、天然ガス産業は急速な発展を遂げるだけでなく、かなり整備された産業体系も形成されてきました。天然ガスの開発利用は、我が国のエネルギー保障にとって重要な意味を持つだけでなく、エネルギー構造の改善やクリーンエネルギーの発展を促進する上でも極めて意義深いものです。我が国は**天然ガスの発展を極めて重視しており、常に天然ガスの発展を国民経済発展における戦略的位置に置いています。したがって、我が国において石炭からの天然ガス製造を推進することは必然です。しかし、世界の石油市場の構造が大きく変化し、原油価格が下落し国内のGDP成長率が鈍化する中、我が国の天然ガス市場の発展における内外の条件が変わりつつある。今後、我が国の石炭からの天然ガス製造の発展は、機会と課題が共存する状況に直面するため、科学的かつ合理的に推進していく必要がある。 1、合理的なガス化技術の選定 石炭の質に応じて適切なガス化技術を選ぶことが特に重要である；石炭からの天然ガス製造プロジェクトにおける工程技術の選定は、使用する石炭の特性と密接に関連しており、安定した生産原料となる石炭を確保することが、将来的に石炭からガスを安定的かつ環境に配慮しながら生産し続けるための根本的な保証となる。国内のいくつかの石炭製ガスプロジェクトでは、生産用の石炭の品質が大きく変動したため、ガス化炉が正常に稼働できなくなったり、破損する事故が相次ぎ、プラントの停止や設備の改修といった多大な経済的損失を招いています。したがって、石炭の質はガス化技術において最も重要な核心的な問題である。 石炭の質が明らかになった上で、組み合わせガス化技術が最適な選択肢となる。例えば、固定層加圧ガス化による天然ガス製造技術は既に非常に成熟している。生産過程で発生する分解しにくいフェノール含有廃水や生物化学的汚泥をより効果的に処理し、石炭粉をより合理的に活用して省エネ・省コストを実現し、環境基準を満たすためには、二つのガス化装置を組み合わせる技術が良い選択肢となる。一方、石炭粉ガス化技術か水石炭スラリーガス化技術を採用するかは、石炭の質によって決まる。例えば、ある種の石炭は熱安定性が高く、粘度温度特性も良好で、落下強度は78％以上、灰の融点は約1250℃、スラリー化時の質量分率は約60％である。この種類の石炭は、固定床スラグガス化法および水コールペーストガス化法に適している。年間40億立方メートルの天然ガスを生産する場合を例にとると、固定床スラグガス化法と水コールペーストガス化法をそれぞれ50％ずつ使用して天然ガスを製造する。工場に投入される原料石炭の塊炭と粉炭の比率は1:1で、塊炭は固定床スラグガス化法で、粉炭は水コールペーストガス化法やボイラーで使用される。固定床スラグガス化法による天然ガス製造過程で発生する分解しにくいフェノール含有廃水は、原料水の一部に置き換えてすべてペースト製造に使用され、生成された生物化学的沈殿物は原料として石炭ペーストに混ぜて燃焼させることができる。これにより、分解しにくいフェノール含有廃水や生物化学的沈殿物の資源化利用および無害化処理が実現され、塊炭と粉炭も合理的に利用される；これにより企業の投資コストと運営コストが削減され、節水や環境保護の面でも大きな改善が見られます。 2、水資源を軸に合理的な計画を立てる。地域の状況に応じて適切に計画を立て、水資源や環境が持つ耐容力の妥当性について科学的に検証する；石炭からの天然ガス製造過程では大量の水資源が消費され、また石炭の大量採掘は脆弱な生態環境にも大きな影響を与える。現在、我が国の石炭からの天然ガス製造プロジェクトは、内モンゴルや新疆など、石炭資源は豊富だが水資源が不足している西部地域に集中しており、石炭からの天然ガス製造の発展は、そもそも脆弱な地域の生態環境に大きな負の影響を与えることになる。したがって、深刻な水不足に直面する地域では、水の制約という厳しい前提のもとで石炭からの天然ガス生産の発展を図らなければならない。**エネルギー戦略の安全性および技術的備蓄の観点から、環境や水資源の許容能力を十分に考慮した上で、比較的豊富にある低品質な石炭資源を活用し、石炭からの天然ガス製造を適度に発展させることは必要である。**我が国の新しい環境保護法が間もなく施行されることを受けて、**石炭からの天然ガス製造の推進に関する政策は、環境問題への懸念を反映し、徐々に慎重な姿勢へと転換している。例えば、蘇州新エネルギーや伊犁新天の石炭からの天然ガス製造プロジェクトに関する環境影響評価の指示では、水資源や環境容量といった問題についてさらなる検証が求められている。したがって、石炭からの天然ガス製造を推進するには、合理的な計画策定、科学的な検証、そして水資源の状況を考慮した対応が不可欠である。 3. 石炭の効率的かつクリーンな利用に注力する　石炭から天然ガスを製造するという全体的な状況を十分に把握し、**計画と政策を完全に統合・実行することで、計画的かつ確実に「ガス化」を進め、石炭の現地での転換を科学的に実現する。同時に、企業は絶え間ない技術革新や工程の最適化、省エネ、消費削減、排出削減、節水など、さまざまな取り組みを通じて環境を改善し、コストを削減し、企業の内部収益率を向上させることで、企業、**、そして環境が共に利益を得る状況を実現し、石炭の総合的でクリーンかつ効率的な利用を可能にしている。