特許ウォッチ

公開番号2025120644
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-18
出願番号2024015594
出願日2024-02-05
発明の名称CO2を循環利用してメタンを製造する方法
出願人個人,株式会社伊原工業
代理人個人
主分類C10L 3/08 20060101AFI20250808BHJP(石油,ガスまたはコークス工業;一酸化炭素を含有する工業ガス;燃料;潤滑剤;でい炭)
要約【課題】セメントの製造工程で生じるCO₂の循環利用にあたって、水素供給を必須としないカーボンニュートラルなメタネーションプロセスを提供する。
【解決手段】セメントの製造工程で生成するCO₂を循環利用してメタンを製造する方法であって、セメントの製造工程でCO₂を生成するステップ(1)と、循環利用するCO₂に対してモル比で3倍量以上のメタンの直接分解により炭素と水素を生成するステップ(2)と、前記ステップ(2)で生成した水素と別途用意したCOまたは前記ステップ(1)で生成したCO₂とを反応させてメタンを製造するステップ(4)と、前記ステップ(2)で製造した水素の余剰分を前記ステップ(1)の加熱用に使用するステップ(5) とを含むメタン製造方法である。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
セメントの製造工程で生成するＣＯ
２
を循環利用してメタンを製造する方法であって、
セメントの製造工程でＣＯ
２
を生成するステップ（１）と、
循環利用するＣＯ
２
に対してモル比で３倍量以上のメタンの直接分解により炭素と水素を生成するステップ（２）と、
前記ステップ（２）で生成した水素と別途用意したＣＯまたは前記ステップ（１）で生成したＣＯ
２
とを反応させてメタンを製造するステップ（４）と、
前記ステップ（２）で生成した水素の余剰分を前記ステップ（１）の加熱用に使用するステップ（５）とを含むメタン製造方法。
続きを表示（約 470 文字）【請求項２】
前記ステップ（４）で使用するＣＯが、前記ステップ（１）で生成したＣＯ
２
を前記ステップ（２）で生成した炭素と反応させて生成するステップ（３）で別途用意され、
前記ステップ（２）の反応と前記ステップ（３）の反応とを実質的に無水環境下で逐次進行させる請求項１に記載のメタン製造方法。
【請求項３】
前記ステップ（４）が、前記ステップ（１）で生成したＣＯ
２
と前記ステップ（２）で生成した水素とを反応させてメタンを製造するステップである請求項１に記載のメタン製造方法。
【請求項４】
前記ステップ（４）で製造したメタンの余剰分を前記ステップ（２）で使用することを含む請求項１または請求項２に記載のメタン製造方法。
【請求項５】
前記ステップ（２）の反応が、メタン熱分解反応の触媒作用を有する構造体触媒を用いて行われ、前記ステップ（３）の反応が、前記ステップ（２）の反応で生成した炭素の存在下で行われる、請求項２に記載のメタン製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントの製造工程で生じるＣＯ
２
を循環利用してメタンを製造する方法に関するものである。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
セメントの製造工程では、石灰石などの原料を「プレヒーター」とよばれる設備で仮焼きし、その上で「キルン」と呼ばれるセメント焼成炉で、１４５０度の高温で原料を熱する過程で、燃焼加熱（下記式（ａ））によるＣＯ
２
と石灰石の分解反応（下記式（ｂ）、下記式（ｃ））に伴うＣＯ
２
が発生する。
ＣＨ
４
＋２Ｏ
２
→ＣＯ
２
＋２Ｈ
２
Ｏ（ａ）
ＣａＣＯ
３
→ＣａＯ＋ＣＯ
２
（ｂ）
ＭｇＣＯ
３
→ＭｇＯ＋ＣＯ
２
（ｃ）
このため、セメント産業は、製鉄業界に次いでＣＯ
２
排出量が多い産業であることが知られており、その総量は国内で４，１４７万トン（２０１９年。当年の日本のＣＯ
２
総排出量の約３．４％）におよぶため、ＣＯ
２
の排出削減対策が課題となっている（非特許文献１）。
【０００３】
昨今、ＣＯ
２
排出削減のため、ＣＯ
２
を資源としてとらえて活用していく「カーボンリサイクル」技術の一つとしてメタネーションが注目を集めている。２０２１年６月に策定された「２０５０年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」において「次世代熱エネルギー産業」に位置づけられ、成長が期待される重要分野とされ、基盤技術の開発が進められている。
【０００４】
プレヒーターで仮焼により発生した原料由来のＣＯ
２
とエネルギー由来のＣＯ
２
と合わせて回収し、下記式（ｄ）で表される従来型のメタネーション反応で循環利用するシステムの設計・実証を開始したメーカーもある（非特許文献２）。
４Ｈ
２
＋ＣＯ
２
→ＣＨ
４
＋２Ｈ
２
Ｏ（ｄ）
しかしながら、上記式（ｄ）からも明らかなように、従来型のメタネーション反応においては、１Ｎｍ
３
のメタンを製造し、カーボンニュートラルで利用するのに４Ｎｍ
３
の水素が必要となり（特許文献１）、この水素の調達・確保方法は現在も懸案事項となっている（非特許文献３）。
【０００５】
水素を事業所内で製造する場合、例えば、太陽光発電等の再生可能エネルギー装置、水電解水素製造装置、貯蔵設備、配管等が必要となるが、通常セメント工場内の発生ＣＯ
２
量は膨大であり、到底水素需要を賄えるものではない。そこでセメント工場外で製造し受け入れることになるが、その場合はさらに、供給側で輸送車、圧縮設備、貯蔵設備、運転手、受け入れ側で貯蔵設備が必要となる。これらは全てイニシャルコスト要因となる。
【０００６】
イニシャルコストは、結果的にランニングコストにも反映され、水素自体のコストは、水素１Ｎｍ
３
のＣＩＦ価格が２０３０年で３０円、２０５０年でも２０円と見込まれている。したがって、従来型のメタネーション反応では、水素利用のコスト（２０３０年で１２０円／Ｎｍ
３
・ＣＨ
４
、２０５０年で８０円／Ｎｍ
３
・ＣＨ
４
）がいままでのメタン単純酸化利用時の価格に上乗せされることになり、将来的に見ても水素のランニングコストの重さが課題といえる（非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２３－６６４１７号公報
【非特許文献】
【０００８】
資源エネルギー庁、「コンクリート・セメントで脱炭素社会を築く！？技術革新で資源もCO2も循環させる」、２０２１年１２月１５日（URL: https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/concrete_cement.html）
ＩＨＩウェブサイト「太平洋セメントと共同で，セメント製造に適したメタネーション技術の開発を開始」、２０２２年１月（URL: https://www.ihi.co.jp/all_news/2021/resources_energy_environment/1197644_3345.html）
株式会社ＩＨＩ、「第7回メタネーション推進官民協議会セメント業界向けメタネーション社会実装に関する取り組み」、２０２２年４月１９日（URL: https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/methanation_suishin/pdf/007_05_00.pdf）
資源エネルギー庁、「水素基本戦略」、１２～１３ページ、令和５年６月（URL: https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/suiso_seisaku/pdf/20230606_2.pdf#page=12）
資源エネルギー庁、「水素・燃料電池戦略ロードマップの達成に向けた対応状況（２０１９）」、３ページ、２０１９年６月２５日（URL: https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/suiso_nenryo/roadmap_hyoka_wg/pdf/001_03_00.pdf#page=3）
資源エネルギー庁、「エネルギー源別標準発熱量・炭素排出係数(２０１８年度改訂)の解説、７５ページ、（URL:https://www.enecho.meti.go.jp/statistics/total_energy/pdf/stte_028.pdf#page=82）
INPEXホームページ（URL:https://www.inpex.co.jp/ir/unit.html）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
水素を原料とせず、より安価な原料でカーボンニュートラルなメタネーションプロセスを構築できれば、メタネーション自体の普及促進にもつながると考えられる。
【００１０】
上記現状に鑑み、本発明は、セメントの製造工程で生じるＣＯ
２
の循環利用にあたって、水素供給を必須とせず、カーボンニュートラルなメタネーションプロセスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許