Professor Kamuro's near-future science predictions:
パソコン、携帯電話、スマートフォン、電気自動車に続く、官民一体となって開発が進められる『低エミッション』NOX型アンモニア火力発電方式はガラパゴス技術か？
Quantum Physicist and Brain Scientist
Visiting Professor of Quantum Physics,
California Institute of Technology
IEEE-USA Fellow
American Physical Society-USA Fellow
PhD. & Dr. Kazuto Kamuro
AERI：Artificial Evolution Research Institute
Pasadena, California
and
Xyronix Corporation
Pasadena, California
HP: https://www.usaxyronix.com/
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パソコン、携帯電話、スマートフォン、電気自動車に続く、官民一体となって開発が進められる『低エミッション』NOX型アンモニア火力発電方式はガラパゴス技術か？
１．アンモニア火力発電方式が排出するNOXの量と、地球温暖化への影響
a. アンモニア火力発電方式は、アンモニアを燃料として使用して発電する方法である。この方式におけるNOX（窒素酸化物）の排出量は、燃焼過程で生成されるNOXに依存する。一般的に、アンモニア火力発電は燃焼プロセスにおいて比較的低いNOX排出量を持つとされている。これは、アンモニアを燃料とするときに窒素酸化物の形成が他の一般的な燃料よりも制御しやすいためである。
b. NOXは大気中に放出されると、地球温暖化への影響を持つことがある。NOXは大気中で光化学反応を引き起こし、オゾンや他のオキシダントの生成に寄与する。これにより、地球温暖化の原因とされる温室効果ガスのレベルが増加し、気温上昇に寄与する可能性がある。
c. ただし、アンモニア火力発電方式は他の一部の化石燃料を使用する火力発電方式に比べてNOX排出が相対的に低いため、地球温暖化への影響は比較的抑えられると考えられます。ただし、他の環境への影響や持続可能性についても考慮する必要がある。また、NOX排出を進一歩低減する技術や規制が存在し、これらの取り組みがNOX排出量を低減する助けになる。
２．アンモニア火力発電方式はNOX排出量をゼロにできるか？
A. アンモニア火力発電方式は、他の一部の燃料に比べてNOX（窒素酸化物）の排出量が低い傾向があるが、一般的にNOX排出を完全にゼロにすることは難しいである。NOXの排出をゼロにするためには、燃焼プロセス全体を再設計し、高度な排出制御技術を導入する必要がある。また、アンモニア自体が窒素を含んでいるため、完全にNOXを排出しないように制御することが難しい側面もある。
B. 一般的に、NOX排出を低減するためには、以下の方法が考えられます：
a. 燃焼プロセスの最適化：燃焼プロセスを改良し、NNOXの生成を最小限に抑えることができる。
b. 排出制御装置の使用：排出制御装置、例えば選択的触媒還元（SCR）や選択的非触媒還元（SNCR）を使用して、NOXの排出を削減することが可能である。
c. 燃料の品質管理：アンモニアの品質や純度を管理し、不純物の存在を最小限に抑えることで、NOXの排出を制御できる。
C. アンモニア火力発電方式は他の燃料に比べてNOX排出が低いとされていますが、ゼロにするためには様々な工学的・技術的課題を克服する必要がある。技術の進化や環境への配慮により、NOX排出の削減に関する取り組みは進行中であり、将来的にNOX排出をさらに削減する可能性がある。
３．NOXとCO２とでは、どちらが地球温暖化に強い影響を与えるか？
NOX（窒素酸化物）とCO2（二酸化炭素）は、地球温暖化に異なる方法で影響を与える大気成分である。一般的に、CO2の方が長期的な影響においてより大きな役割を果たし、地球温暖化への影響が強いとされている。
A. CO2（二酸化炭素）:
・CO2は主要な温室効果ガスの一つであり、大気中に長期間滞留する。そのため、地球温暖化に対する影響は持続的で長期的である。
・人間活動によって大気中のCO2濃度が急激に増加しており、これが地球温暖化の主要な原因の一つとされている。
・雲への影響や太陽放射線の吸収による気温への影響が限定的で、主に気温上昇を通じて地球温暖化に寄与する。
B. NOX（窒素酸化物）:
・NOXは主に大気中でオゾンを生成し、オゾンは別の温室効果ガスである。そのため、NOXは間接的に地球温暖化に影響を与えます。NOXが大気中に放出されると、オゾンの生成が促進され、これにより気温上昇が引き起こされる可能性がある。
・一方で、NOX自体が温室効果ガスであるCO2よりも遥かに短期間で大気中に留まり、その影響は比較的短期的である。
・総合的に言えば、CO2の影響がより長期的で持続的であり、地球温暖化に対する主要な因子とされている。NOXは主に間接的な影響を持ち、オゾン生成による一時的な気温上昇に寄与しますが、その影響は比較的限定的である。したがって、CO2の排出削減が地球温暖化の抑制に最も効果的な方法とされている。
４．アンモニア火力発電方式は世界で受け入れられるか？それとも、批判の対象になるか？
アンモニア火力発電方式は、環境に配慮したエネルギー発電方式の一つとして研究と開発が進行中であり、一部の場所で実施されている。この方式はいくつかの利点を持ちつつも、いくつかの懸念事項や批判の対象となる点も存在する。以下に、アンモニア火力発電方式に関する一般的な評価要因を示する。
A. 利点:
a. 低炭素エネルギー: アンモニアは炭素を含まない燃料であり、二酸化炭素（CO2）の排出を削減する可能性がある。これは気候変動への対策として有望である。
b. 可持性: アンモニアは広く入手可能で、エネルギー貯蔵や輸送にも利用できるため、エネルギー供給の安定性向上が期待される。
B. 懸念事項・批判:
a. NOX排出: アンモニアの燃焼によりNOX（窒素酸化物）が発生する可能性があり、大気汚染の源となることが懸念されている。この点について排出制御装置が必要である。
b. 安全性: アンモニアは毒性を持つため、適切な取り扱いが必要である。漏洩や事故が安全上の懸念となる。
C. 技術的課題:
a. アンモニアの燃焼技術の開発と最適化が進行中ですが、まだ実用化段階に達していない。カーボンを含まないアンモニアの火力発電での燃料利用は、CO2排出量を直接削減できる有望な手段として期待されている。その一方で、石炭中に含まれる1～2％の窒素分に起因して発生するNOXの低減には、日本のメーカ各社が長年苦労して取り組んできた経緯もあり、窒素分を含むアンモニアの混焼によるNOXの増加は最大の懸念事項のままである。
b. 既設微粉炭火力へのアンモニア混焼率20％を目標とした低NOX燃焼技術（既設微粉炭火力に適用可能なアンモニア混焼時の低エミッションNOX燃焼技術）等の改良レベルの開発は行われているに過ぎないのが現状である。現状では、『ゼロエミッション』の実現が難しいがゆえに、達成不可能目標『ゼロエミッション』NOXを達成化の目標『低エミッション』NOXという政治的修辞句へすり替えた技術開発が進んでいる。
c. アンモニア火力発電方式では、アンモニアの層流燃焼速度は 6.0cm/s 以下であり、従来の炭化水素燃料（石油系燃料）と比較すると低く、安定燃焼が困難である。かつ、強制的に燃焼させると大量の窒素酸化物（NOX）を生成する。バーナー設計時、NH3/H2燃料を扱う場合のスキーム選択や Thermal NOX と Fuel NOX を分離した上でのバーナーにおける生成/消滅機構、およびNOX還元域のアクティブ設定等について確立した手法が未解決である。
d. このような難燃性の NH3 を安定に高負荷燃焼させ、かつ NOX エミッションをゼロではなくせいぜい低減させる程度のバーナーが実験レベルで試行されているにすぎない。このため日本は、世界の2030年マイナスエミッション環境対策目標どろかゼロエミッション環境対策からさえも周回遅れとなり、2030年温暖化ガスマイナスエミッションが世界潮流となりつつある現在にあっても、NH3 ゼロエミッションという世界最低目標は不確定というよりむしろ不可能であって、当該最低目標を満足できるNH3 ゼロエミッション火力発電方式の実現の目処にすら至っていおらず、NOX『低エミッション』型火力発電方式の実用化に奔走するガラパゴス化に陥っている。
5．無炭素無限エネルギー源ＣＨＥＧＰＧ地熱発電方式は運搬コストゼロ
a. 燃料電池で、水素に代わる燃料として期待されているアンモニアであるが、その理由は、運搬が容易でコストが安い点にある。
水素にはさまざまなメリットがあるが、液化温度がマイナス270度と極低温であって輸送や貯蔵が難しく、またその分貯蔵コストもかかる傾向にある。
アンモニアは、水素と比べて輸送や貯蔵が比較的容易である。また昔から肥料として使われてきた経緯もあり、すでに生産から運搬、貯蔵までの技術が確立されている。
これらに対して、無炭素無限エネルギー源ＣＨＥＧＰＧ地熱発電方式で用いる発電エネルギーが深層地下から汲み出してくる地熱エネルギーであるため、温暖化ガスの排出は全くない、ゼロエミッション型の発電方式である上、 発電燃料の運送と貯蔵は不要である。このため、運送手段と貯蔵設備は存在せず、輸送コストと貯蔵コストはゼロである。
b. 1円/kWh～0.01円/kWhの超低廉化・無炭素・無限エネルギー源CHEGPG（地熱発電方式）
・水素発電方式の発電コストは、1kWhあたり97.3円(2020年時点試算)である。
・最も低コスト化が期待できるアンモニア専焼発電方式による発電コストでも1kWhあたり23.5円(2018年度時点試算)である。アンモニア火力発電方式では、アンモニアの分子式に水素が含まれていることから、水素をアンモニアに変換して運び、そこから水素を取り出すといった方法も考案されている。
・AERI合成燃料ケミカルプロセス（グリーン合成燃料生産技術）は、温暖化ガスの排出は全くない、ゼロエミッション型の燃料生産技術であって、再生可能なCHEGPG電力が生成する1円/kWh～0.01円/kWhの無限量・超低廉の電力とカーボンニュートラル・カーボンリサイクル二酸化炭素循環回収システム（二酸化炭素回収システム）で集めた無限量のCO₂を使ってグリーンメタノール、グリーンLPG、グリーンLNG等のグリーン合成燃料を製造できる。CHEGPG（地熱発電方式）は、これらのグリーン合成燃料を用いて、1kWhあたり1円～0.01円の超低廉化・無炭素・無限電力エネルギーを24時間365日恒久・永久的に、発電能Terawatt（TW）・年間発電量10,000TWh(terawatt hour）クラスの発電ができる。
・アンモニア火力発電方式は、現在の市場から燃料用のアンモニアを大量調達すると、需給バランスが崩れ、価格が高騰する恐れがある。アンモニアを原料として使用する多くの分野へ影響を及ぼしてしまう。特にアンモニアを原料とした肥料の価格が高騰すれば、食材の価格上昇にもつながる。アンモニアを燃料用に大量調達するのであれば、新たな生産体制を整える必要がある。
・また仮に、アンモニア火力発電を行う上で必要なアンモニア燃料を調達できたとしても、既存の火力発電と比較すると、発電コストは高くなってしまう。20％アンモニア混焼を行う混焼アンモニア火力発電方式の場合、その発電コストは石炭火力発電の1.2倍程度になると予測されている。これが100％アンモニア専焼発電方式となると、さらに発電コストは大きくなり、石炭火力発電の２倍以上となる。燃料用にアンモニアを大量生産するのであれば、さらなるコスト低減も必要である。
c. CHEGPG地熱発電方式は、既存施設を有効活用できる
火力発電方式は、化石燃料（石油、石炭、天然ガス）やバイオマスなどの反応から得られる熱エネルギーを電力へ変換する方式である。
・深層地下から汲み出してくる地熱エネルギーであるため、温暖化ガスの排出は全くない、ゼロエミッション型の発電方式であるCHEGPG地熱発電方式は、既存の石炭・天然ガス火力発電施設の蒸気タービン後段以降をそのまま転用することができる。
・アンモニア火力発電方式も同様に、火力発電のボイラーにアンモニアを混焼する場合、バーナーなどを変えるだけで対応できる。
・CHEGPG地熱発電方式もアンモニア火力発電方式も、新たな整備や初期投資を最小限に抑えることができ、火力発電所を廃炉するといった必要がなくなる。
6. AERIでは、温暖化ガスの排出は全くない、ゼロエミッション型のカーボンニュートラル・カーボンリサイクル二酸化炭素循環回収システム（二酸化炭素回収システム）で大気中に含まれるCO₂を回収している。
・再生可能なCHEGPG電力が生成する1円/kWh～0.01円/kWhの無限量・超低廉の電力とカーボンニュートラル・カーボンリサイクル二酸化炭素循環回収システム（二酸化炭素回収システム）で集めた無限量のCO₂を使って、温暖化ガスの排出は全くない、ゼロエミッション型のAERI合成燃料ケミカルプロセス（グリーン合成燃料生産技術）がグリーンメタノール、グリーンLPG、グリーンLNG等のグリーン合成燃料を製造している。
・当該グリーンメタノール、グリーンLPG、グリーンLNG等のグリーン合成燃料は、陸運業（貨物トラック）や海運業（タンカー、貨物船）、航空業（航空機、輸送機）の燃料として使用される。
END
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Quantum Brain Chipset & Bio Processor (BioVLSI)
Prof. PhD. Dr. Kamuro
Quantum Physicist and Brain Scientist involved in Caltech & AERI Associate Professor and Brain Scientist in Artificial Evolution Research Institute（ AERI: https://www.aeri-japan.com/ ）
IEEE-USA Fellow
American Physical Society Fellow
PhD. & Dr. Kazuto Kamuro
AERI & Xyronix Corporation
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