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| ＬＰガス分野の技術開発戦略 |
本報告書は、わが国のエネルギー戦略の基本原則である３Ｅ（エネルギー安定供給（Energy Security）、経済成長（Economic Growth）、地球環境保全（Environmental Protection））を念頭に置きつつ、２０３０年を視野におき、クリーンエネルギーであるＬＰガスについて長期ビジョンを抱き、その達成に向けた問題解決のための重要な政策ツールである技術政策に関する戦略を検討したものです。
本報告書策定にあたっては、ＬＰガス業界の方々をはじめ多くの方々のご協力を得て、３回の委員会、１０回の分科会・ヒヤリングを開催し検討を重ね、ここに「ＬＰガス分野の技術開発戦略」として取りまとめました。
この「ＬＰガス分野の技術開発戦略」を基本として、今後のＬＰガス分野の技術開発が進展し、ＬＰガス業界の発展に結びつくことが期待されます。 |
| １． 総論 |
| １．はじめに |
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ＬＰガスは、全国総世帯数の５５％（２千５百万世帯）の家庭用生活エネルギーとして利用されるほか、業務用、工業用、自動車用等の様々な分野で使用されており、我が国一次エネルギー供給の約５％を占める国民生活に密着したエネルギーである。本論は、２０３０年を視野におき、資源・エネルギーシステムのうちＬＰガスについて長期的ビジョンを抱きつつ、その達成に向けた問題解決のための重要な政策ツールである技術政策について長期戦略を検討したものである。
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| ２．ＬＰガスの供給面についての基本的考え方 |
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まず、今後、長期的視野に立って、ＬＰガスの我が国エネルギー供給における位置づけがどうなるのかについて簡単に論じたい。
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(1) ＬＰガスのクリーン性 |
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総合エネルギー調査会需給部会中間報告においても「ＬＰガスは環境負荷が相対的に小さく、化石エネルギーの中ではＬＮＧと共にクリーンエネルギーとして位置づけられる。」とされている。今後、環境問題が一層重要になっていく中で、ＬＰガスのクリーン性に注目すれば、ガス体エネルギーの位置づけの高まりに伴い、その役割が高まることが期待される。しかしながら、供給基盤の安定及び価格競争力の確保がなされることがその前提となる。 |
（注）ライフサイクルアセスメントで評価すると、ＣＯ２排出量でみても、天然ガス（メタン）より環境負荷が小さいとの報告もある（日本エネルギー経済研究所）。
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| (2) ガス体エネルギーの一翼 |
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1. |
ガス体エネルギーのうち、都市ガスは、ＬＮＧを中心に消費者密度の高い都市部を中心に国土面積の約５％に集中的に導管によりガスの供給を行っている。今後も引き続き、エネルギー供給全体の中で、ＬＮＧの位置づけは高まることが予想され、さらに長期的には、天然ガスパイプライン構想や燃料電池など分散型エネルギーの普及の可能性もあり、ガス体エネルギーの位置づけが高まることが予想される。ＬＰガスは、ガス体エネルギーの一翼を担っているが、主に都市ガス供給区域以外の地域へ主としてシリンダーによる個別供給を行っている。今後、都市ガス導管が国土の大半を網羅するようなことは想定しにくいことから、今後ともＬＰガスは、導管供給以外の地域（国土の９５％に相当）を中心に引き続き重要な生活エネルギーとして供給されるものと考えられる。
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| 2. |
ＬＰガス業界と都市ガス業界は、今後、規制緩和が進む中、一層の相互参入の増加が見込まれる。一方、ＬＰガス業界と都市ガス業界は、高効率ＧＨＰ（ガスエンジンヒートポンプ）の共同開発・普及にみられるようなガス機器の共同開発・普及また、分散型エネルギーの普及への共同の取組が期待されているなど、ＬＰガス業界と都市ガス業界は、相互補完関係に立った連携も増加していくであろう。また、ＬＰガスは都市ガスを補完するという観点から都市防災にも貢献することとなろう。
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| 3. |
その際、都市ガス事業を巡る公益事業規制の緩和・撤廃のあり方、国土縦貫天然ガスパイプライン構想や燃料電池など分散型エネルギーの普及、さらにはgas to gas 技術の普及などがＬＰガスのエネルギー供給における位置付けに影響を与えることになろう。
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| (3)供給安定性の課題 |
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ＬＰガスの供給面では、供給の約８割を輸入に依存し、輸入の約８割を中東に依存するなど供給基盤が脆弱である。ＬＰガスがエネルギー供給の重要な担い手であり続けるためには、供給脆弱性の克服が重要な課題である。
そのためには、まず輸入ソースの偏在性を是正すること、日本企業関与のプロジェクトからの供給を増やしていくことが課題である。また、輸入量のうち、天然ガス随伴ＬＰガスの量（約３百万?。全体の２割）が増大傾向にある。天然ガス随伴のＬＰガスの割合が増えていけば一次エネルギー上の位置づけ、即ち、「石油製品としての位置づけ」は見直しがなされる可能性もある。
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| (4)価格競争力の課題 |
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エネルギー分野における各種規制緩和を受けて、エネルギー間競争が激化するなどＬＰガス産業を取り巻く環境は大きく変化している。今後、電気、都市ガスといった競合エネルギーに対して価格競争力を有することができるかどうかがエネルギー供給の位置づけを決することになろう。
輸入価格を抑えるという観点からは、供給面の課題克服は、産ガス国からの価格主導に対する牽制になろう。さらに国内流通等のコスト（特に、家庭向け小売市場は９割を占める）については、価格競争を活性化するとともに、充てん所の統廃合、バルク供給の推進等による流通コストの削減が重要である。
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| ３．ＬＰガス分野技術基本戦略 |
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1. |
ＬＰガスは家庭業務用に使用されるほか、自動車用燃料、発電用燃料、化学原料等産業用にも幅広く利用されている。したがって、その技術開発分野も幅広く、安全を確保する保安技術、高温における耐久性のある材料の開発、高効率で燃焼させ、発生した熱を利用するための機械技術、燃焼を制御する電子技術、エチレン等化学製品の材料を合成する化学技術等多数の分野が複合した総合技術である。ＬＰガス技術のこうした特徴を踏まえ、我が国のエネルギー戦略の基本原則である３Ｅ（エネルギー安定供給（Energy Security）、経済成長（Economic Growth）、地球環境保全（Enviromental Protection））を念頭に置きつつ、クリーンエネルギーであるＬＰガスの特性を活かした技術開発戦略について、短期・中期・長期各々の視点から検討を行った。
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| 2. |
なお、現行の国の研究開発支援スキームは、（財）エルピーガス振興センターの委託研究開発のみとなっている。しかしながら、今後は以下の理由から、補助金制度の導入も検討すべきであると考えられる。
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・ |
基礎的なテーマよりもむしろ応用、実用化技術開発に重点をシフトさせていくことが、適当である。 |
| ・ |
応用・実用化技術の研究開発については、民間企業の研究開発を支援することが、効率的であり、委託制度よりも補助金制度が望ましい。 |
| ・ |
補助制度の下では、研究課題やスキームについても柔軟に設定でき、研究成果の実用化に向けての取扱いも容易である。
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| 3. |
戦略視点としては、次のとおり。
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・ |
供給脆弱性克服のための技術開発 |
| ・ |
ＬＰガスのクリーン性を生かした分野開発 |
| ・ |
都市ガス業界との連携（共同開発、機器の普及） |
| ・ |
顧客との密接な関係を生かした普及
|
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(1)ＬＰガス安定供給分野の技術開発
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1. |
基本的方向 |
ＬＰガスは我が国総世帯の５５％にあたる２５００万を超える世帯で生活に不可欠な重要な家庭用エネルギーとして利用されている一方で、その供給基盤は脆弱であることから、供給安定性の確保に資する技術の開発が必要である。
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| 2. |
技術的対応 |
| ● |
短期的
|
・ |
技術開発の内容： |
ＬＰガスの供給ソースの多角化を図るとの観点から、中東地域以外で産出される低品質のＬＰガスを利用できるよう、我が国の規格に適合しない豪州、アフリカ等のＬＰガスの精製技術の開発を推進する。 |
| ・ |
技術動向： |
（財）エルピーガス振興センター（ＬＰＧＣ）においてベンチスケール実験装置にて技術的な目途を得た。１２年度において実証プラントによる試験を実施する予定。
|
|
| ● |
中期的
|
・ |
技術開発の内容： |
環境規制の動向によっては、供給余剰となる可能性があるブタンを改質し、プロパンガスを製造する技術を開発する。 |
| ・ |
技術動向： |
研究所等による基礎的段階
|
|
| ● |
長期的
|
・ |
技術開発の内容： |
将来の石油資源の供給減少に備え、天然ガスからＬＰガスを製造する技術及びＬＰガスに代替するガス体エネルギーの開発 |
| ・ |
技術動向： |
研究所等による基礎的段階
|
|
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(2)環境対応分野の技術開発
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1. |
基本的方向 |
ＬＰガスは環境負荷が小さく、クリーンエネルギーとして位置付けられ、ＣＯ２やＮＯｘ排出削減に大きく貢献できる可能性がある。ＬＰガス分野の技術開発としては、クリーンエネルギーとしての特性を活かした消費機器の改良、開発等により、地球環境負荷の低減を図る必要がある。
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| 2. |
技術的対応 |
| ● |
短期的
|
・ |
技術開発の内容： |
|
1. |
筒内直噴型ＬＰガスエンジンの開発を推進する。 |
| 2. |
新燃焼技術（ターボジェット燃焼、触媒燃焼等）の開発・実用化を図る。 |
| 3. |
マイクロガスタービン等のコジェネシステム（熱電、熱動力併給）の開発・実用化を図る。 |
|
| ・ |
技術動向： |
|
1.2.については、ＬＰＧＣにて研究開発を実施中。 |
3.については、ＬＰＧＣにて一部調査を実施中
|
|
|
| ● |
中期的
|
・ |
技術開発の内容： |
|
1. |
住宅用分散型電源や自動車用燃料電池として期待される固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が市場に投入されることを想定し、ＰＥＦＣ用ＬＰガス改質器等の周辺機器の開発を行う。 |
| 2. |
新燃焼技術（酸素富化燃焼、振動燃焼、薄膜燃焼等）の実用化を図る。 |
|
| ・ |
技術動向： |
|
1.2.ともに一部の研究所等で基礎的な研究がなされているに過ぎない
（振動燃焼については、極めて限られた用途で実用化されている）。
|
|
|
| ● |
長期的
|
・ |
技術開発の内容： |
技術開発の内容：家庭用燃料電池、燃料電池自動車等の普及等水素エネルギー時代になることを想定し、既存ＬＰガスインフラを利用した水素供給社会の実現に資する技術開発 |
| ・ |
技術動向： |
ほとんど研究はなされていないと考えられる。
|
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|
(3)流通合理化・供給効率化等分野
|
1. |
基本的方向 |
我が国ＬＰガス産業の流通面をみると、流通構造が複雑であり、「供給体制の効率化の推進も重要な課題」（総合エネルギー調査会）と指摘されている。ＬＰガスがエネルギー間競争の中で、消費者に選択されるエネルギーとなるには、流通合理化、供給効率化により価格を下げていくことは重要な課題と考えられる。したがって、ＬＰガスの流通合理化・供給効率化に資する技術開発を推進することが望まれる。
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| 2. |
技術的対応 |
| ● |
短期的
|
・ |
技術開発の内容： |
|
1. |
充てん所におけるバーコードシステムの共通化 |
| 2. |
充てん所における充てん効率の向上 |
| 3. |
容器の軽量化等による配送コストの削減 |
|
| ・ |
技術動向： |
|
1.については、ＬＰＧＣにて基礎的な調査を実施中 |
2.3.については、一部海外にて実用化がなされている。
|
|
|
| ● |
中期的
|
・ |
技術開発の内容： |
バルクシステムの高度化による配送省力化・流通合理化 |
| ・ |
技術動向： |
一部で研究がなされているが、検討段階
|
|
| ● |
長期的（一部再掲）
|
・ |
技術開発の内容： |
|
1. |
ＬＰガス利用総合システムの開発 |
| 2. |
家庭用燃料電池、燃料電池自動車等の普及等水素エネルギー時代になることを想定し、既存ＬＰガスインフラを利用した水素供給社会の実現に資する技術開発 |
|
| ・ |
技術動向： |
|
1. |
一部で研究がなされているが、検討段階 |
| 2. |
ほとんど研究はなされていないと考えられる。
|
|
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(4)保安技術分野
|
1. |
基本的方向 |
ＬＰガスは適切に使用すると安全で便利なエネルギーであるが、その扱いを誤ると火災・爆発などの事故につながるおそれもある。一方、ＬＰガスの消費に当たってはこれまでの個別使用を中心としたものから、バルク供給システムによるＬＰガス供給の集合化が進展していくことが予測される。
また、燃料電池等ＬＰガス機器の技術革新に伴い、エネルギーの新しい変換方式が実用化していくことが予測される。
環境負荷の低減という要請の中で、少子化・高齢化が著しく進んでいく社会において、ＬＰガスを誰でも安全にかつ安心して利用できるシステムを構築するためには、海外の技術等の動向を踏まえた保安面の技術開発が必要である。
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| 2. |
技術的対応 |
| ● |
短期的
|
・ |
技術開発の内容： |
|
1. |
大容量消費設備への供給技術 |
| 2. |
容器の軽量化技術 |
| 3. |
消費者ミスによる事故防止技術 |
| 4. |
集中監視システム及び保安業務の高度化 |
| 5. |
機器等の経時変化対策技術 |
| 6. |
ガス設備評価システムの開発 |
| 7. |
質量販売対応型安全機器の開発 |
|
| ・ |
技術動向： |
|
1.〜7.については、高圧ガス保安協会にて基礎的な調査を実施中 |
1.2.4.については、一部海外にて実用化がなされている。
|
|
|
| ● |
中期的
|
・ |
技術開発の内容： |
|
1. |
バルクシステムの高度保安技術 |
| 2. |
緊急時の保安対策技術 |
| 3. |
ＬＰガス冷媒の安全技術 |
|
| ・ |
技術動向：一部で研究がなされているが、検討段階
|
|
| ● |
長期的（一部再掲）
|
・ |
技術開発の内容： |
|
1. |
家庭用燃料電池等の安全技術 |
| 2. |
家庭内等のオールＬＰガス化時の安全技術 |
|
| ・ |
技術動向： |
|
1.については、ほとんど研究はなされていないと考えられる |
2.については、一部で研究がなされているが、検討段階
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| ２． 各論 |
| ２−１ 安定供給対策 |
| １．安定供給分野の技術施策 |
|
今後、アジア地域の需給の逼迫が続く中で、供給途絶の事態に対し、民生用需要が大きい我が国のＬＰガスの安定供給を確保するためには、中東地域以外の地域への供給地域多角化の検討を進めていく必要がある。
|
i. |
供給多様化を促進するためには、スエズ以西からの輸送コストの他、我が国の要求するスペックをクリアすることが不可欠であり、このスペック問題が供給多様化を進めるに当たり、最大の課題であるとの指摘もある。
今後、ＬＰガス増産計画がある中南米、北アフリカ、オセアニア豪州等のＬＰガス輸出国のＬＰガス品質は、残渣分、硫黄分等の不純物を含み、我が国の品質に合致しないＬＰガス（低品質ＬＰガス）であるため、利用しがたいのが現状である。このため、これら地域のＬＰガスを我が国国内で利用する精製技術が必要である。 |
|
ＬＰガス品質ガイドライン（日本ＬＰガス協会(JLPGA)指標）
|
商業用プロパン |
商業用ブタン |
| 密 度 （15℃）、g/cm3 |
0.500〜0.620 |
| 蒸気圧 （40℃）、MPa{kgf/cm2} |
1.53{15.6} |
0.52{5.3} |
組成
mol% |
エタン＋エチレン |
5.0以下 |
報告事項 |
| プロパン＋プロピレン |
92.0以上 |
報告事項 |
| ブタン |
報告事項 |
95.0以上 |
| ブチレン |
報告事項 |
2.0以下 |
| ブタジエン |
0.5以下 |
| ペンタン |
報告事項 |
2.0以下 |
| 銅板腐食（40℃、1h） |
1以下 |
| 残渣分 |
75℃（質量ppm） |
60以下 |
| 105℃（質量ppm） |
10以下 |
| 硫黄分（質量ppm） |
50以下 |
※含有水分は特に規定しないが、通常50ppm以下である。
低品質ＬＰガスの品質性状
|
プロパン |
プロパン＋ブタン |
FERNDALE(TEXACO)
VELLINGHAM,
WASHINGTON |
AMOCO
FORTSASKATCHEWAN
ALBERTA,CANADA |
SALIM CRUZ
MEXICO |
| 密 度（15℃）、g/cm3 |
0.505 |
0.506 |
0.527 |
| 蒸気圧（40℃）、MPa{kgf/cm2} |
1.36{13.9} |
1.33{13.6} |
1.10{11.2} |
組成
mol% |
エタン＋エチレン |
2.3 |
2.0 |
1.7 |
| プロパン＋プロピレン |
97.0 |
96.2 |
71.9 |
| ブタン |
0.7 |
1.8 |
25.9 |
| ブチレン |
|
|
0.0 |
| ブタジェン |
|
|
|
| ペンタン |
|
|
0.5 |
| 銅板腐食（40℃、1h） |
1 |
1 |
1 |
| 残渣分 |
75℃（質量ppm） |
36 |
5 |
25 |
| 105℃（質量ppm） |
34 |
3 |
23 |
| 硫黄分（質量ppm） |
16 |
97 |
70 |
| 含有水分（質量ppm） |
10 |
52 |
97 |
産ガス各国の状況
| 対象国 |
輸出可能量
（千ｔ） |
インフラ |
品質の特徴等 |
| 2000年 |
2010年 |
| 豪州 |
800 |
2,000 |
○ |
過去に重質分トラブル有り |
| 北米(ファンデール) |
139 |
191 |
○ |
残渣分、水分、硫黄分が多い |
| シンガポール |
8 |
9 |
△ |
水分が多い |
| インドネシア |
30 |
30 |
△ |
Ｐ（プロパン）、Ｂ（ブタン）
ミックス |
| タイ |
13 |
16 |
△ |
〃 |
| メキシコ |
679 |
1,097 |
△ |
〃、オレフィンが多い |
| アルゼンチン |
1,253 |
1,830 |
△ |
〃 |
| ベネズエラ |
2,070 |
5,579 |
△ |
〃 |
| ナイジェリア |
1,580 |
1,780 |
△ |
硫黄分が多い（詳細不明） |
| アルジェリア |
6,356 |
7,317 |
△ |
〃 |
|
|
ii. |
ＬＰガスの石油随伴の比率を下げていくには、埋蔵量が多い天然ガスからＬＰガスを効率的に製造する技術（GAS TO GAS）の研究も重要と考えられ、ＬＮＧ製造・輸出には適さない中小規模天然ガス田について、ＬＰガス抽出と天然ガスによるＬＰガス（又は後述のＤＭＥ（ジ・メチル・エーテル））製造を行うプロジェクト開発が進展する可能性がある。
また、２００３年から米国カリフォルニア州においてクリーン燃焼剤であるＭＴＢＥ（メチル・ターシャリー・ブチル・エーテル）のガソリンへの添加が禁止されるなど、ＭＴＢＥの使用減少が予想され、その原料であるブタンガスが余剰となる可能性がある（ただし、中国、インドにおいてブタン需要が急増するとの予測もあり、注視が必要）ことから、ブタン利用技術、あるいはブタンからプロパンガスを製造する技術開発も注目される可能性がある。
|
| iii. |
ＤＭＥについては、資源エネルギー庁石炭課にて、５ｔ／ｄベンチプラントによる製造試験を実施中である。利用技術については、石炭課の検討会（「ジメチルエーテル戦略研究会」）により、有力な新エネルギーとして多方面から検討がなされているところである。
ＤＭＥはセタン価が高く、軽油に似た特性を示すため、ディーゼル機関用燃料として、特にガソリン・ＬＰガスエンジンの代替が難しい大型ディーゼルトラックの燃料として有望である。ＤＭＥの流通全般について、技術的にはＬＰガス業界の物流施設が利用できることから、ＬＰガス業界としては、ＤＭＥの利用・普及に如何に関与しうるか、普及のための課題の抽出を含め、これらの調査研究も重要である。
|
| 上記ii. iii.のガス製造技術はプラント設備のイニシャル、ランニングコストが上乗せされることから、経済性が成立しうるかがポイントとなろう。 |
（参考）ジ・メチル・エーテル（ＤＭＥ）物性表
|
ＤＭＥ |
メタン |
プロパン |
メタノール |
軽油 |
| 化学式 |
CH３OCH３ |
ＣＨ４ |
Ｃ３Ｈ８ |
CH３OH |
− |
| 沸点（℃） |
-25.1 |
-161.5 |
-42.0 |
64.9 |
180〜360 |
| 液密度（g／cm3、20℃） |
0.67 |
− |
0.49 |
0.79 |
0.84 |
| ガス比重（対空気） |
1.59 |
0.55 |
1.52 |
− |
− |
| 飽和蒸気圧（atm、25℃） |
6.1 |
246 |
9.3 |
− |
− |
| 爆発限界（％） |
3.4〜17 |
5〜15 |
2.1〜9.4 |
5.5〜36 |
0.6〜7.5 |
| セタン価 |
55〜60 |
0 |
5 |
5 |
40〜55 |
| 真発熱量 |
（kcal／Nm3） |
14,200 |
8,600 |
21,800 |
− |
− |
| （kcal／kg） |
6,900 |
12,000 |
11,100 |
5,040 |
10,200 |
| 着火温度（℃） |
235 |
650 |
470 |
450 |
250 |
（参考）ＤＭＥのディーゼルエンジンへの適用
燃
焼
特
性 |
長所 |
課題 |
| (1) |
着火温度が低く、セタン価が高い |
| (2) |
噴射時の気化性がよい(PM発生防止） |
|
| (1) |
沸点、粘性などが軽油と異なる点への対応が必要 |
|
噴
射
特
性 |
|
| (1) |
粘性が低くプランジャからの燃料リークが発生するため、シール性の向上が必要 |
| (2) |
潤滑性が低いため、噴射ノズル、噴射ポンプなどの摩耗対策が必要 |
|
排
ガ
ス
特
性 |
| (1) |
燃焼時に媒が発生しないことからＥＧＲ（排気再循環）の大幅増により低ＮＯｘ化が可能 |
| (2) |
硫黄分を含まず、触媒等による排ガスの後処理が容易 |
|
| (1) |
ＣＯ、アルデヒドの発生量が軽油ディーゼルに比べ多く、酸化触媒等による排ガスの後処理が必要 |
|
|
| ２．具体的な技術開発 |
|
(1)低品質ＬＰガス利用技術（開発中）
|
低品質ＬＰガスの不純物除去技術として低コストな吸着法（金属担持活性炭とモレキュラーシーブとの組合わせ）を採用し、残渣分、硫黄分、水分等の不純物を除去する技術を開発中である。ベンチスケールレベルでは、その有効性を確認、特に残渣分の除去技術については注目される成果を得ている。現在、パイロットプラントによる試験研究を準備中である。なお、分解系ガス（重質分を分解したときに生産されるＬＰガス）に含まれるオレフィン、ジエン等が高濃度に存在する場合についてのさらなる検討が必要である。
一方、我が国のＬＰガス品質は、サウジアラビア規格を基準とした中東産ガス国のＬＰガス品質に基づいて、日本ＬＰガス協会が定めた品質ガイドラインに沿った品質となっている。この「スペック問題」が障壁となって、新規開発プロジェクト等からの輸入ソースの多角化が進めにくい状況にある。そこで、ＬＰガスの安定供給・品質の安定化の観点から、我が国の受け入れ規格・国内運用基準を見直す必要があると考え、低品質ＬＰガス利用技術開発事業の一環として「スペック検討委員会」を設け検討を行っている。 |
(2)天然ガス改質ＬＰガス製造技術及びブタン改質プロパンガス製造技術
|
ブタンを改質しプロパンガスを製造する技術開発及び天然ガスを改質してＬＰガスを製造する技術開発であり、いずれも基礎的な研究段階である。 |
(3)ＤＭＥ製造・利用技術
|
ＤＭＥは、技術的には、ＬＰガスの流通施設がそのまま使用できること、ＬＰガスの供給安定性を補完する役割も期待できることから、石炭課の検討会の結果を踏まえ、ＬＰガス業界としては調査研究や普及可能性についての検討を行うことが必要と考えられる。 |
|
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| ２−２ 環境対策 |
| １．地球環境問題（ＣＯ２）とＮＯｘ、ＳＰＭの対策 |
|
(1)ＬＰガス分野における環境対策
|
ＬＰガス分野における環境対策は、ＬＰガスが燃料として利用されたときに排出される地球温暖化の原因物質であるＣＯ２と酸性雨や光化学大気汚染物質の原因となるＮＯｘであると考えられる。 |
|
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(1)ＣＯ２の排出量
|
我が国の一次エネルギー総供給見通しから算出されるＣＯ２総排出量は、2020年において、３４１〜３４６百万トンと推定される。うち、ＬＰガス起源によるＣＯ２排出量は、１４〜１５百万トン（約４％程度）と推定され、９７年度から２０２０年まで若干の増に留まる見込みである。
しかし、我が国はＣＯＰ３のコミットメントである「温室効果ガス排出量を９０年比で６％削減」という目標の達成のため、エネルギー起源のＣＯ２については、２０１０年度まで、少なくとも１９９０年度比安定化までの削減を求められており、ＬＰガス分野においてもＣＯ２の排出削減の努力がなされなければならない。また、ＬＰガスは他の石油系燃料と比してＣＯ２排出量が少ないことから、ＬＰガスの石油製品の代替分野が拡大すれば、ＣＯ２排出削減に大きく貢献できる可能性がある。
９７年度におけるＬＰガス分野でのＣＯ２排出量は、多い順に家庭部門（５百万ｔ）、産業部門（４百万ｔ）、業務部門（２百万ｔ）、旅客・運輸部門（２百万ｔ）となっている。 |
(2)ＮＯｘの排出量
|
ＮＯｘは、酸性雨や光化学大気汚染物質の原因になり、特にＮＯ２は高濃度で呼吸に悪影響を及ぼす。平成６年度の全国のＮＯｘの排出量は２２０万ｔ／年と推定され、そのうち移動発生源（自動車）からの排出量は５５万ｔ／年と推定される。うち、７５％（４１．３万ｔ）がディーゼル車から排出されている。（平成１０年度自動車排出ガス原単位及び総量に関する調査） |
(3)ＳＰＭの排出量
|
浮遊粒子状物質（Suspended Particulate Matter、ＳＰＭ）は、肺や気管等に沈着し高濃度で呼吸器に悪影響を及ぼす。ＳＰＭのうちディーゼル排気微粒子は発ガン性や気管支ぜん息等の関連が疑われている。ＳＰＭの濃度の平均値は近年ほぼ横這いが続いている。（平成１１年度環境白書）
ＬＰガスの燃焼によるＳＰＭの排出は０である。
自動車からの排出量は全てディーゼル車からの排出であり、６万ｔ／年と推定される。うち、６２％（３．７万ｔ）がディーゼル普通貨物車から排出されている。（平成１０年度自動車排出ガス原単位及び総量に関する調査） |
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(2)燃焼の効率化、新システムによる排出量削減
|
ＬＰガス分野において、ＣＯ２を削減していくには、ＬＰガスを高効率で燃焼又は改質すること、燃焼等により発生した熱を効率的に利用することが必要であり、家庭業務用の燃焼器具の高効率化や高効率の筒内直噴エンジンの開発が重要である。さらには、燃料電池といった新たなシステムの開発が重要である。
また、ＬＰガスは、Ｎ（窒素）分は通常含まれておらず、排出されるＮＯｘのほとんどはサーマルＮＯｘと考えられることから、ＬＰガス分野においてＮＯｘの排出を削減していくには、低温での燃焼等新たな燃焼方式の開発が必要である。 |
(3)ディーゼル等石油製品代替による排出量削減
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ＬＰガスは、採掘から消費までを考慮した総合的なＣＯ２排出量が少ない、Ｓ（硫黄）の含有率が低く、Ｎをほとんど含まず、また燃焼しやすいことからＳＰＭの発生がないクリーンエネルギーであることから、ＬＰガス以外の石油製品を利用している機器の代替燃料としてＬＰガスの利用用途の拡大を図ることができれば、全体としてのＣＯ２排出削減に大きく貢献できる可能性がある。
また、ＮＯｘ、ＳＰＭの主要な発生源であるディーゼルエンジンに代替しうる高効率の筒内直噴ＬＰガスエンジンの開発・普及により、ＮＯｘ、ＳＰＭの削減に大きく貢献できる。 |
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| ２．環境分野の技術施策 |
|
(1)燃料電池開発
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燃料電池は、水素と酸素を電気化学的に直接反応させて電気を取り出す発電装置である。燃料電池の燃料として炭化水素系燃料を用いる場合、燃料電池システムの構成は大別して、改質器等の前処理装置、燃料電池本体及び排熱等を回収する周辺機器に分けられる。
燃料電池は、従来の内燃機関に比べ効率が高く、静粛性に優れるほか、大気汚染の原因となるＮＯｘ、ＳＯｘの排出量が少ないという特徴を有していることから将来の自動車用エンジンに替わる可能性を有するとともに、住宅用の分散型電源や熱供給システムとしての利用が大いに期待される。
燃料電池は、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体高分子型、固体電解質型、固体酸化物型等各種タイプがあり、その特徴が異なる。このうちリン酸型は、ほぼ商用化段階に達している。その他は研究開発段階と位置付けられるであろう。固体高分子型は、出力密度が高い（0.5〜1.0W/cm2（他形式型：0.2〜0.3W/cm2））、作動温度が低い、電解質が固体（リン酸型は液体）等の特徴を持ち、小型高効率で、振動に強いこと等から、特に近年、家庭用・自動車用燃料電池として広く研究開発の対象になっている。
これら研究開発の燃料は、天然ガス（都市ガス）、メタノールが主流で、ＬＰガスを対象とした研究は一部で行われているだけである。
ＬＰガスには、プロパンガス（Ｃ３Ｈ８）とブタンガス（Ｃ４Ｈ１０）があり、一般家庭用プロパンガスの利用のみならず、地域、需要家によっては、ＬＰＧ車のみならず一般家庭、業務用も含めブタンガスの利用も考えられる。 |
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燃料電池の種類と特徴
|
リン酸型
ＰＡＦＣ |
溶融炭酸塩型
ＭＣＦＣ |
固体電解質型
ＳＯＦＣ |
固体高分子型
ＰＥＦＣ |
| 電解質 |
リン酸溶液 |
炭酸塩 |
セラミックス |
高分子膜 |
| 運転温度 |
200℃ |
650〜700℃ |
900〜1000℃ |
70〜90℃ |
| 実用化規模 |
〜1,000kW |
1〜10万kW |
1〜10万kW |
〜1,000kW |
| 利用形態 |
分散型 |
集中型 |
集中型 |
ｺｼﾞｪﾈ､移動体 |
| 理論発電効率 |
35〜42% |
45〜60% |
45〜65% |
30〜40% |
| 開発状況 |
ほぼ商用化 |
商用化実証 |
試験研究 |
実証段階※ |
| 開発動向 |
我が国は世界的レベル |
石川島播磨が開発。
中部電力が1000(250*4)kW燃料電池を実証運転 |
我が国では三菱重工及びＴＯＴＯグループが開発中 |
高分子膜ではデュポン社が圧倒的シェア |
※水素ボンベ、カセットボンベを利用した可搬型燃料電池は一部実証機化
（出典）エネルギーの有効利用と環境保全、政策総合研究所平成11年12月
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|
ＬＰガス分野で燃料電池の技術開発を考える場合、リン酸型燃料電池は、既に実用域に達しており、民生用（産業用）分野での普及が本格化するものと期待される。固体高分子型燃料電池は、家庭業務用、移動体用の燃料電池として都市ガス、電力、電気機器メーカー、自動車メーカー等を中心に精力的に研究されていることから、固体高分子型燃料電池本体の開発はこれらメーカーと共同し、開発していくことが不可欠である。
ＬＰガス業界としては、家庭業務用、自動車用燃料電池システムを開発する観点から、燃料電池システムを構成する高効率改質器、脱硫器、排熱回収装置（システム）等の周辺機器開発、最適運転技術開発等の技術開発が必要である。さらに、起動性、停止性、負荷変動に対する追随性を含めた連続運転、発停運転による耐久性試験等が必要であり、システム全体の高効率化、コンパクト化、低コスト化等の技術開発に積極的に取り組んでいく必要がある。
以上のように技術開発については、都市ガス業界各メーカーが既に取り組んでおり、ＬＰガス業界としては、これらの業界からの研究開発成果を生かしながら、ＬＰガス改質器等の開発に視点をあてるとともに試験運転によるデータ蓄積、システム開発に取り組むことが重要である。
また、各社の技術開発の補助金制度の導入が重要である。 |
(1)脱硫装置
|
使用する燃料に硫黄分が含まれていると改質装置の触媒が被毒することから、脱硫が必要である。現在流通しているＬＰガスの硫黄分は微量であり、脱硫は比較的容易である。既存の脱硫触媒はＮｉ−Ｍｏ系、貴金属系などがある。将来的には、高効率な脱硫装置の開発が必要である。
また、ＬＰガスには、ガス漏れ等を感知するため、着臭剤が添加されているが、着臭剤にはＳ分が含まれていることから、燃料電池用のＬＰガスとしては、Ｓ分を含まない着臭剤の開発や家庭業務用、自動車用を考えた場合、脱硫工程で排出されるＺｎＳ（Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ → ＺｎＳ＋Ｈ２Ｏ）の処理方法も課題である。 |
ＬＰガス、都市ガス、メタノール、灯油、ガソリン、軽油のＳ分表（単位：ｐｐｍ）
|
ＬＰガス |
都市ガス |
メタノール |
灯油 |
ガソリン |
軽油 |
| Ｓ分濃度 |
６ |
１ |
０ |
５０ |
３０ |
５００ |
| Ｓ分の原因 |
輸入LPG５
着臭剤１ |
輸入LNG０
着臭剤１ |
ＣＨ４
からの改質 |
原油にはＳ分があり、精製工程でも残留
（プレミアムガソリン１０） |
(2)高効率改質器
|
脱硫されたＬＰガスは、改質装置により改質される。ＬＰガス改質器の開発は、ＬＰガス業界が中心となって開発すべき課題であり、早急な開発が必要である。
改質方法としては、水蒸気改質法と部分酸化法が一般的である。水蒸気改質法は、触媒を用いる外熱式改質法で、炭化水素と水蒸気とで接触反応により水素を製造する方法で、著しい吸熱反応である。熱効率向上のために、炭素に対する水蒸気の量を低減可能な触媒が求められる。一方、部分酸化法は、無触媒で部分酸化反応を主体とする内熱式改質法で、起動時間が短い。通常若干のスチームを添加するので水蒸気改質反応も併起する。この方法は、原料面における制約が少ない。また、触媒を用いる選択的部分酸化法も研究されている。それぞれの特徴を把握し、どの方法を採用するか十分に検討する必要がある。
|
水蒸気改質反応式（プロパンの場合）
Ｃ３Ｈ８＋３Ｈ２Ｏ → ３ＣＯ ＋７Ｈ２
Ｃ３Ｈ８＋６Ｈ２Ｏ → ３ＣＯ２＋１０Ｈ２
部分酸化反応式
Ｃ３Ｈ８＋（３／２）Ｏ２ → ３ＣＯ ＋４Ｈ２ |
燃料電池の用途を家庭業務用、自動車用とすれば、小型化を図らなければならず、現状のリン酸型燃料電池に使用されているＮｉ系触媒、１L／ｋＷ程度では能力不足であり、家庭業務用定置式あるいは自動車用では、０.６L／ｋＷ程度以下の能力をもった高効率改質器の開発が必要である。 |
(3)ＣＯ変換触媒等の開発
|
ＬＰガスはＨ２とＣＯに改質される。ＣＯが直接燃料電池に送り込まれると被毒するため、固体高分子型燃料電池では、10ppm以下（リン酸型では１％以下）にしなければならない。家庭業務用、自動車用を視野に入れると、高効率化を図らなければならない。 |
(4)排熱回収装置（システム）の開発
|
リン酸型燃料電池の場合、作動温度が２００℃程度であるため、熱を蒸気として回収することが可能である。しかし、固体高分子型燃料電池では、作動温度が100℃ 以下であるため、温水のみの回収となることから、低温熱を高効率に回収するシステムの開発が必要である。 |
(5)燃料電池自動車燃料としてのＬＰガスの評価
|
ＬＰガスは、既に自動車用燃料として約３０万台の実績があり、(1)ガソリンに比べて改質が容易、改質時のＣＯ２発生量が少ない、(2)他のクリーンエネルギーに比べ供給インフラの整備が進んでいる、(3)メタノールのように腐食性を持たない等の特徴を持つことから、燃料電池自動車用燃料の有力な選択肢の一つと考えられる。
燃料電池自動車は２００５年頃から本格的な実用化がスタートすると想定されるが、相当数の普及は２０３０〜２０４０年頃との見方もあり、それまではＬＰＧ車は超低公害自動車、ディーゼル代替として重要な地位を示す可能性がある。
なお、既存インフラ（ガソリンスタンド）にＬＰガススタンド、メタノールスタンドを併設するのに要する費用は、ＬＰガスで３５〜４２百万円程度、メタノールで２１〜２３百万円程度と見積もられる。 |
|
燃料供給インフラの整備状況(平成10年度)及び既設ガソリンスタンドに併設する場合の費用
|
ＬＰガス |
メタノール |
圧縮天然ガス
（CNG） |
電気 |
ガソリン､軽油 |
| インフラの整備状況 |
1,874 |
１０ |
４９ |
２６ |
56,444 |
| 併設費用（百万円） |
35〜42 |
21〜23 |
98〜104 |
26〜36 |
− |
(2)ＬＰＧ車（ＬＰガスエンジン）（開発中）
|
|
1. |
ＬＰＧ車は、従来からタクシーを主体とする燃料経済性を重視するガソリン車代替用途としてほぼ全てのタクシー市場を確保してきたが、近年、燃料経済性、エンジン性能面で相対的に競争力鈍化の傾向にあり、個人タクシーを中心にガソリン転換が進んでいる。 |
| ＬＰＧ車数の推移 |
（単位：台） |
|
７年度 |
８年度 |
９年度 |
10年度 |
7〜10伸率 |
| タクシー |
238,924 |
238,439 |
239,081 |
237,771 |
△0.5 |
| 自家用 |
48,737 |
45,423 |
41,586 |
37,924 |
△22.1 |
| 貨物 |
7,272 |
7,883 |
8,888 |
9,950 |
36.8 |
| 特殊 |
8,712 |
8,442 |
8,369 |
8,401 |
△3.6 |
| 乗合 |
3 |
2 |
2 |
2 |
△33.3 |
| 合計 |
303,648 |
300,189 |
297,926 |
294,048 |
△3.2 |
|
| （出典）財団法人自動車検査登録協力会 |
ＬＰガスは、他のクリーンエネルギーに比べ、燃料供給インフラの整備が進んでおり、経済性の面でもタクシー等の実績が示すとおり、かなりの優位性がある。
また、ＮＯｘ、ＴＨＣ（トータルハイドロカーボン）、ＰＭ（粒子状物質）の排出量がディーゼルエンジンと比較すると非常に少ない一方、現状では、ＣＯ２排出量は多い。
ＮＯｘ、ＴＨＣ、ＰＭ等大気環境の点からはディーゼル代替として大きな環境対策効果が見込まれる。このような観点から近年では、小・中型貨物車への利用が徐々になされているものの、大型貨物車においては、大型ＬＰガスエンジン技術の開発が遅れていること、生産台数が少ないため高価であること等からディーゼル代替は進んでいないが、東京都のディーゼルＮＯ作戦からディーゼル対策の実質的な対応策として期待される。
| ＬＰＧ車の排出ガス測定試験結果 |
| 種別 |
ＬＰガストラック
トヨタ・ダイナ |
ディーゼルトラック
いすゞ・エルフ |
| 比較項目 |
| 総排気量 |
４，１０４ＣＣ |
４，３３４ＣＣ |
| 積載量 |
３トン積配送車 |
３トン積配送車 |
排気ガス
(g/kWh) |
ＮＯｘ |
０．０３ |
５．４７ |
| ＣＯ |
１４．１ |
２．４３ |
| ＨＣ |
０．１６ |
１．０２ |
| ＰＭ |
− |
０．５２ |
| モード |
Ｇ１３モード |
Ｄ１３モード |
| 効率 |
燃料消費率(g/kWh) |
３３６ |
２８６ |
| エネルギー消費率(MJ/kWh) |
１５．４ |
１２．３ |
| ＣＯ２排出量(g/kWh) |
９８５ |
９３８ |
| 最大出力(ps/rpm) |
130/3,600 |
130/3,600 |
| 最大トルク(kg・ｍ/rpm) |
31.5/1,600 |
31.0/1,800 |
|
（出典）LPガス自動車の排出ガス及び騒音測定試験結果報告書
平成11年3月 日本LPガス協会･LPガス自動車 普及促進協議会 |
|
2. |
最近の規制緩和（1999年９月末）により、ＬＰガス加圧直噴エンジンを自動車に使用することが可能となったことから、オランダから加圧直噴エンジンシステム導入が進められているが、約２割の効率向上が期待できる。国内メーカーもこれらに関心を深めており、今後、ＬＰガスエンジンの高性能化、高効率化と排ガス規制強化に対応する技術開発を進め、ユーザーに受け入れられる車両の開発を行う必要がある。
具体的には、筒内直噴方式による成層燃焼・希薄燃焼、可変バルブ機構等の技術開発によりＣＯ２排出量が少ない高効率・低公害・高性能ＬＰＧ車の開発をＬＰＧＣにおいて研究開発中である。
なお、熱効率向上（ＣＯ２排出量削減）のため希薄燃焼を進めると、エンジンからのＮＯｘ排出量は低減するが、現状のＮＯｘ触媒は希薄燃焼下では機能しにくいため、自動車から排出されるＮＯｘ量が増加する傾向がある。このため、空気比１．４〜１．７倍でも機能する触媒の開発が必要である。 |
現在開発中の筒内直噴ＬＰガスエンジン車の開発目標値
| 種別 |
ＬＰガス |
直噴軽油ディーゼル
現 状 |
| 比較項目 |
筒内直噴エンジン
（開発中） |
現状 |
| エンジン |
総排気量 |
４．６Ｌ |
４．１Ｌ |
６．９Ｌ |
| 気筒配置 |
４気筒 |
４気筒 |
６気筒 |
| 最大積載量 |
４トン |
３．５トン |
４トン |
排気ガス
(g/kWh) |
ＮＯｘ |
１．４ |
１．４６ |
５．４９ |
| ＣＯ |
０．０１ |
２８ |
１．２６ |
| ＨＣ |
０．２０ |
０．７７ |
０．７４ |
| ＰＭ |
− |
− |
０．２７ |
| 熱効率 |
Ｇ１３モード |
Ｇ１３モード |
Ｄ１３モード |
| ３０〜３２％ |
２３％ |
３０〜３５％ |
| ＣＯ２排出量(g/kWh) |
７５０ |
９００ |
８００〜８５０ |
| 最大出力(ps/L) |
４０ |
３２ |
３３ |
| 最大トルク(kg・ｍ/L) |
１０ |
８ |
１０ |
| コスト |
イニシャル |
１．５〜２．５ |
１．２ |
１ |
| ランニング |
０．９〜１ |
１．４ |
１ |
| 注１） |
Ｇ１３モード、Ｄ１３モード：運輸省による排出ガス規制及び燃費認証試験の走行パターンのひとつ |
| 注２） |
コストについては、現状の直噴ディーゼル車を１とした場合の比較。 |
|
(3)コージェネレーション技術
|
コージェネレーションは、１種類以上の１次エネルギーから連続的に２種類以上の２次エネルギーを発生させるシステムであり、一般的にはガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン等により発電を行うとともにその排熱を利用するシステム（熱電併給）のみを指す場合と、それらの動力を発電以外（例えば圧縮機の駆動）に利用するシステム（熱動力併給）も含める場合がある。
(1)燃料電池コジェネレーション技術
|
ＬＰガス分野での技術開発は、家庭業務用への導入を視野に入れると、一般的に店舗、家庭においては設置スペースが制限されることから、各システムの高性能化により小型を図る必要がある。 |
(2)マイクロガスタービンコジェネレーション技術
|
軍需用、自動車用エンジンのターボチャージャーを転用した超小型ガスタービン（マイクロガスタービン、３０ｋＷ〜２００ｋＷ）が、アメリカのメーカーを中心に開発されつつある。タービン入り口温度が９００℃程度であることから、発電効率は３０％前後であり、規模的に類似のガスエンジンと同等であるが、小型軽量、排ガスおよび振動が少ない、低騒音化が比較的容易（高周波騒音が大きい）等から環境特性に優れ、都市型分散電源としての要件を備えている。
また、固体高分子型燃料電池と異なり、数１０〜１００kW級のマイクロガスタービンコージェネレーションでは、排熱温度が、２５０℃程度であることから、電力及び低圧蒸気又は温水の供給が可能である。
ＬＰガスをマイクロコジェネレーションシステムに使用した場合、昇圧ブロアが不要であり、都市ガスに比べると効率は高くなる。ＬＰガス分野におけるマイクロガスタービン発電装置技術開発では、高速発電機の開発、熱交換器（再生式、多管式、蓄熱式等）の開発ならびに周辺技術開発が必要である。
また、マイクロガスタービンを固体電解質型燃料電池と組み合わせた複合発電は極めて高効率の発電が期待されることから、マイクロガスタービンの将来的な技術開発の一つとして位置づけられる。 |
(3)ガスエンジンコジェネレーション技術
|
ガスエンジンコジェネレーションは既に実用化され、ガスエンジン使用のコジェネレーションシステムは全体の約３６％を占めている。
ガスエンジンコジェネレーション技術におけるＬＰガス分野の技術開発は前述の高効率ガスエンジンの技術開発が適用できる。
小型分散型発電としては、燃料電池、マイクロガスタービン、ガスエンジンが競合するものと考えられるが、最終的には、使用形態、環境特性、コスト競争等によりシェアが決まるものと考えられる。
家庭用コジェネレーションシステムは規模が小さいため、熱は、温水として取り出すこととなり、家庭内の暖房、給湯を賄うこととなる。家庭で消費される以上の温水は貯湯槽を設置しても最終的には廃棄されることとなるから、家庭用コジェネレーションシステムは「発電機付き貯湯式給湯器」として位置づけるべきである。
家庭用では、昼夜間の必要電力量の差が大きく、家庭用コジェネは昼間は１００％負荷運転を行い。夜間は出力を押さえた運転をせざるを得ないことから、部分負荷運転特性に優れる燃料電池システムが有望であると考えられる。 |
(4)各コジェネレーションシステムの比較
|
燃料電池、ガスタービン、ガスエンジンの各コジェネレーションシステムの特徴をまとめると以下のとおりである。
２００ｋＷ級コジェネレーションの比較
|
燃料電池（注１） |
ガスタービン |
ガスエンジン |
| 発電効率 |
４０％ |
２９％ |
３１％ |
| 部分負荷 |
定格性能が変わらず |
部分負荷効率低下 |
やや低下 |
| 総合効率 |
８１ |
７９ |
７７ |
| 電力 |
４０ |
２９ |
３３ |
| 熱 |
４１ |
５０ |
４５ |
| 起動時間 |
冷起動３時間 |
冷起動１５秒 |
冷起動１分以内 |
| ＮＯｘ |
１〜２ppm |
30ppm未満 |
１００ppm未満
（三元触媒使用） |
| ＳＯｘ |
未検出 |
未検出 |
未検出 |
| ＣＯ２ |
２６６t-C/年 |
３４６t-C/年 |
３２４t-C/年 |
| 設備費 |
２０,０００千円 |
８,０００千円 |
１７,０００千円 |
メンテナンス
コスト |
３円／kWh |
１.７円／kWh |
５円／kWh |
ランニング
コスト |
１６,０００千円 |
１７,０００千円 |
１９,５００千円 |
| 発電コスト |
２３.７円／kWh |
２５.４円／kWh |
２８.５円／kWh |
| 総合特性 |
環境特性（排ガスエミッション､騒音等）に優れている |
環境特性にも優れ、経済性も有利 |
経済性に優れているが、環境対策が重要 |
注１：リン酸型燃料電池 |
(5)ＧＨＰ、パワーパック技術
|
1) |
ＧＨＰ（ガスエンジンヒートポンプ）
原理は電気式エアコンと同じであるが、駆動モーターの代わりにガスエンジンを使用してコンプレッサーを駆動させ、冷媒を室内機に送り込み冷暖房を行う機器。
ＧＨＰは、起動時から高い出力が得られる、受電設備が不要である等の特性を持っている。また、暖房時には燃焼排ガスの排熱を回収（冷房時には排熱は大気放出）し、暖房に利用できる利点があることから、効率的には電気式エアコンとほとんど差はない。
我が国では、店舗、ビル等の業務用を中心に平成１１年度末で３５７千台（ＬＰＧ用１９３千台、都市ガス用１６４千台）のＧＨＰが稼働しており、毎年約４万台程度が設置されている。
総馬力数は、３,２６４千ＨＰ（ＬＰＧ用１,８００千ＨＰ、都市ガス用１,４６４千ＨＰ）に達しており、これは９０７万kWに相当する。
ＧＨＰの技術開発としては、前述の高効率ＬＰガスエンジンとほぼ同様である。
なお、ＬＰガスと都市ガスの販売業界の連携により、本年３月末に「超高効率ＧＨＰ開発プロジェクト」が発足し、高効率化が急速に進展しているＥＨＰに競争力を持つＧＨＰの開発を目指している。これは、両業界の普及・量産効果により、コスト削減が期待できるものであり、今後、燃料電池等でもこのような連携が期待される。
|
・ |
ＧＨＰ
ＣＯＰ：2005年の目標値１.５（現在１.０〜１.１）
１次エネルギー消費ベースで３０％以上の省エネルギーとなる。
|
| ・ |
ＥＨＰ
ＣＯＰ（７.１１〜２８kW級）：３.０５(2005年)３.０７(2007年)
発電効率 ４２％（２００５年、需要端効率：３８.４％）
［現在の発電効率 ３９.７％（需要端効率：３６.０％）］
| 両者を組み合わせた１次エネルギーのＣＯＰ： |
１.３４（2005年） |
| １.４４（2007年） |
|
|
| 2) |
パワーパック（調査研究中）
現在、ＧＨＰと給湯器は個別に設置使用されており、機器単体の効率的使用には限界がある。熱利用の効率化を図る観点から、これらの機器・機能を組み合わせ、システム化（パワーパック）することにより大幅な省エネルギー化を図るとともにユーザーの給湯・空調設置費用および設置面積（容積）を低減し、かつ利便性、快適性を高めることができる。
パワーパックシステムによる省エネルギー効果を試算すると以下のようである。
|
ケース１： |
年間を通じてＧＨＰを運転し、その稼働エネルギーで給湯エネルギーをまかなう。 |
| ケース２： |
空調運転期の８ヶ月間は、ＧＨＰを稼働する。（ケース１と同じ）
中間期の４ヶ月は、ＧＨＰを低負荷短時間稼働させ、給湯エネルギーをまかなう。 |
省エネルギー効果
|
ケース１： |
６７％ |
| ケース２： |
３９％ |
|
|
(4)バーナ技術
|
1. |
ＬＰガス分野において、家庭業務部門から排出されるＣＯ２排出量は、５割以上であり、ＬＰガス分野において当該部門におけるＣＯ２削減は取り組むべき大きな課題である。
家庭業務用では、基本的には、２０３０年頃までは現在と同様に燃焼によるエネルギー利用形態が継続すると考えられる。２０３０年を前後して燃料電池等の開発状況により、エネルギー利用の大きな変換期が訪れる可能性がある。
|
| 2. |
現在、家庭用エネルギー消費のうち、ＬＰガスは給湯、調理が主体であるが、今後衣類乾燥機、食器洗浄器、生ゴミ処理器等へと利用分野が拡大する可能性がある。
これら拡大する用途に対して、大気汚染物質や温暖化物質の排出を抑制した高効率・低公害型機器の開発が必要になる。
そのために、新たな燃焼技術、すなわち、酸素富化燃焼技術、振動燃焼技術、薄膜燃焼、ターボジェット燃焼、触媒燃焼等の燃焼技術開発が必要であるとともに、燃焼排熱回収により更なる高効率化を目指す技術開発が必要である。また、高齢化対応の機器開発も必要である。
|
| 3. |
その他効率化の進んでいる産業分野における燃焼技術を家庭業務用へ応用するための技術開発も意義がある。以下のような燃焼技術が検討される。
|
1) |
酸素富化燃焼
酸素状態にて燃焼させる技術である。２０〜２５％程度熱効率が向上する。実験室レベルではバーナー、燃焼技術は確立されているが、実用化・商用化に当たっては、酸素供給技術の確立が課題である。
装置自体が大型となるため、用途としては工業用、商業用への利用が考えられる。熱効率が向上するため、熱交換器がコンパクトになるため、家庭用には給湯機器への利用が考えられるが更なる技術開発が必要。
|
| 2) |
振動燃焼
コンパクトな燃焼空間で、ガスと空気の混合気を瞬時に燃焼させ、その膨張圧力で排気ガスを排出した後、圧力差によって新しいガスと空気を吸引し、その混合気を再び燃焼させるサイクルを連続的（８０回／秒）に繰り返す燃焼方式。
加熱効率が従来のバーナー（浸管バーナー）の１．５倍程度、ＮＯｘ排出量も従来に比べ１／５程度にできるが、ガス量を絞ることが困難、バルブ開閉時に騒音、振動が発生する等の問題がある。フライヤー等の業務用機器等では既に実用化されているものの一般的には普及していない。このため、バルブレスパルス燃焼、アクティブノイズコントロール等の技術開発が必要である。
|
| 3) |
薄膜燃焼
空燃比をある一定の割合に調節することにより、被加熱物表面に火炎が膜のように広がる燃焼方式。断熱境界膜が形成されず、高効率な燃焼方式であるが、空燃比の制御と従来の熱交換器が使用できないことから実用化されていない。
|
| 4) |
ターボジェット燃焼（開発中）
ガスと空気を予混合させ、高圧ターボブロアによってバーナーに圧送、燃焼させ、その高速・高温燃焼ガス噴出により被加熱物の断熱境界膜を破壊し加熱する燃焼方式。ポーラス体などを組み合わせ熱放射を付加したものもある。従来のバーナーに比べ高効率、低ＮＯｘを達成できる。
|
| 5) |
触媒燃焼（開発中）
ガスを触媒マット表面で通常の火炎燃焼より低い温度で穏やかに燃焼（酸化反応）させ、遠赤外線を効率よく発生させるバーナーである。熱対流ではなく、遠赤外線により被加熱物を直接加熱できるため、高効率に被加熱物を加熱できる。暖房用機器等への応用が考えられる。
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従来型の燃焼方式とターボジェット燃焼方式、触媒利用低温燃焼方式の比較
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ブンゼン式バーナ
（従来）燃焼方式 |
触媒利用低温燃焼方式 |
ターボジェット
燃焼方式 |
一次：二次
空気比率 |
７０％：３０％
一次空気と二次空気で燃焼を完結させる |
０％：１００％
全二次燃焼 |
１００％：０％
全一次予混合燃焼 |
| 加熱方式 |
火炎による
熱伝達 |
遠赤外線による
熱放射 |
高速・高温燃焼ガス
噴出による熱伝達
及び熱放射 |
熱
効
率 |
暖房機 |
７０％ |
８４％ |
|
| コンロ |
４５％ |
|
５８％ |
| 貯湯式ボイラ |
７０％ |
|
８４％ |
CO2
排
出
量
削
減 |
暖房機 |
１００ |
８３（17％削減） |
|
| コンロ |
１００ |
|
７７（23％削減） |
| 貯湯式ボイラ |
１００ |
|
８３（17％削減） |
| ＮＯｘ排出量削減 |
１００ppm |
６０ppm以下 |
６０ppm以下 |
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(5)環境分野技術開発施策によるＣＯ２及びＮＯｘの削減試算
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(1) |
ＣＯ２削減量試算 |
ＬＰＧ車（対ディーゼル車比較）
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・ |
ディーゼル車
４トン積みディーゼル車（排気量７L、無加給）の市街地走行燃費＝６.５km／L 年間走行距離：２４０km／d＊３００d／y＝７２,０００kmの場合
年間軽油消費量＝１１,０８０L(９,２０７kg)､ ＣＯ２発生量＝２８,６８０kg／y |
| ・ |
高効率ＬＰガスエンジン車
［ディーゼル車と同等の熱効率達成を目標としている。］
市街地走行燃費＝４.６km／L 年間走行距離：２４０km／d＊３００d／y＝７２,０００kmの場合
年間LPｶﾞｽ消費量＝１５,６５０L(８,７２５kg)､ＣＯ２発生量＝２６,４１５kg／y |
| ・ |
ＣＯ２削減量：２,２６５kg／y／台
４トン積み車年間販売台数（３５,０００台）の１０％がＬＰＧ車に転換されると、７,９２７.５トン／年の削減となる。 |
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| (2) |
ＮＯｘ削減量試算 |
ＬＰＧ車（対ディーゼル車比較）
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・ |
ディーゼル車
Ｄ１３モードＮＯｘ排出量：４.５g／kWh
ＮＯｘ排出量＝３.２g／km
年間走行距離：２４０km／d＊３００d／y＝７２,０００kmの場合
年間NOx排出量＝２３０kg／y |
| ・ |
高効率ＬＰガスエンジン車
Ｇ１３モードＮＯｘ排出量：１.４g／kWh
ＮＯｘ排出量＝０.９８g／km
年間走行距離：２４０km／d＊３００d／y＝７２,０００kmの場合
年間NOx排出量＝７１kg／y |
| ・ |
ＮＯｘ削減量：１５９kg／y／台
４トン積み車年間販売台数（３５,０００台）の１０％がＬＰガス車に転換されると、５５６.５トン／年の削減となる。 |
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| ２−３ 流通合理化・供給効率化分野 |
| １．ＬＰガスの流通合理化・供給効率化 |
|
i. |
ＬＰガスは、輸入基地→二次基地→充てん所→販売業者という多段階の流通経路を経由して需要家に配送されており、消費者利益の増大、競合エネルギーに対する競争力を強化する観点から流通の合理化、供給体制の効率化の推進が重要な課題となっている。
|
| ii. |
ＬＰガスが消費者に選ばれるエネルギーであり続けるには、流通合理化・供給効率化によるコスト削減とそれを反映した価格低減が必要である。 |
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| ２．技術施策 |
|
(1) |
充てん所における効率の向上
機械化された充てん所における充てん装置には、単缶式と回転式が使用されているが、充てん所のスペース、充てん要員等の面から我が国では、回転式充てん機が多く使用されている。最新の充てん機では、充てんの自動化が進んでおり、充てん所における新たな技術開発の余地は少ないと考えられる。
充てんの効率化を図るには、充てん時間の短縮が考えられるが、容器に採用されているバルブ径とポンプ差圧から、現在は３０L／分程度が限界と考えられる。また、諸外国では、容器バルブの口が上型なのに対し、我が国では、横向きとなっていることから、容器バルブの口の方向を揃える必要があり、完全自動化された充てん機においても人力によるの口方向の微調整が必要なことがある。このため、容器バルブの口の上型化、容器バルブ口径を大きくする等検討の余地がある。
最近の規制緩和により、容器置き場の２階化が可能となったが、欧米諸国の例では、３階が空容器置き場、２階が充てん所、１階が積み出し場からなる多層化された充てん所が見られ、効率的な構造となっている。また、配送トラックへの積み出しも、我が国の多くの充てん所では、１本ずつトラックに人力により積み込んでいるのに対し、欧米では、容器をパッケージ化し、積み込みの効率化を図っている例がある。
|
| (2) |
バーコードシステムの共通化（調査研究中）
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i. |
現在、ＬＰガスの流通は、充てん所が中心的な役割を担い、充てん所でＬＰガスを容器に充てんして配送を行うとともに、各種データ（充てん量、容器の所在、容器の製造年等）を充てん所で一括管理し、そのデータを販売事業者に通知する販売情報管理システムができている。
|
| ii. |
しかしながら、このシステムは系列事業者ごとに独自のシステムを構築しているため、販売事業者は特定の充てん所で充てんしなければならず、わが国のＬＰガス流通構造の簡素化の阻害要因のひとつとなっている。
|
| iii. |
事業者間で、この販売情報管理システムの共通化を図れば、充てん所における代行充てん・共同利用が可能となり、配送コストの低減、流通の合理化が推進されると考えられ、早期に実現させる必要がある。
|
| iv. |
このシステムのために現在は、容器に紙製のバーコードを貼付し、充てん所でバーコードリーダーにより１本ずつ読みとっているが、主として屋外の風雨にさらされる条件下で使用され、回収−充てん−設置が繰り返し行われるため、バーコードの汚れ、キズなどにより時として読みとりができなくなる場合がある。
|
| v. |
そこで、ＩＤタグによる新たなＬＰガス容器管理システムが考えられる。ＩＤタグでは、電波でコード信号を受信するため、汚れ等に左右されず確実に読み取りができるようになる。
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| vi. |
ＩＤタグは、開発後８年ほど経過し一部の分野では既に実用化されているが、単価が高く、さらにＬＰガス分野で使用するにあたっては、スキャナーの防爆対策が必要である。
参考 バーコードの２０〜３０円に対して、ＩＤタグは１６０円（１０万個ロット）、１２０〜１３０円（１００万個ロット）程度である。
|
| vii. |
バーコード情報は、容器番号、容器重量、容器容量、耐圧試験年月等であるが、ＩＤタグではメモリー容量が大きく、種々の情報を入れることができる。電子部品の低コスト化は急速に進み、今後転換される可能性はあると考えられるが、ＩＤタグを有効に使うためのトータルシステムの調査研究が必要である。
|
|
| (3) |
容器の軽量化
ＬＰガスを充てんした５０ｋｇ容器の総重量は１００ｋｇにもなることから、トラックの積載重量との関係で、ＬＰガス配送量が制限される。このため、容器の軽量化を図り、配送の効率化を図ることが必要である。
現在、開発が進められているＦＲＰ（強化プラスチック）素材による容器は鋼製容器に比べ重量が１／２程度になることから、ＬＰガスを充てんした５０ｋｇ容器の場合２５％の重量軽減となり、配送効率の向上や配送人員の労働条件の改善にも資するものである。（保安技術分野に再掲）
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| (4) |
バルクシステムの高度化
バルク供給は、配送の省力化・流通合理化につながるともに、今後の労働力不足を踏まえた配送能力維持の観点から普及が強く期待されているところである。（ＬＰＧビジョン検討委員会報告（平成９年６月））
バルク供給システムの普及にあたり、現在バルク貯槽等の設置、保安設備、バルクローリなど工事費を含めてハード面のコスト高が阻害要因となっている。
また、充填時の騒音低減のために、現行ディーゼル車と同程度の価格の４ｔシャシ用ＬＰＧ車の開発が望まれる。
|
| (5) |
ＬＰガスの最適利用システム
ＬＰガス消費機器については、省エネルギー化が図られてきたが、機器単体の効率的使用には限界がある。熱利用の効率化を図る観点から、これらの機器・機能を組み合わせ、システム化することが必要である。現在、ＧＨＰと給湯器のパワーパック技術等が検討されているが、消費機器の効率的な利用には消費機器を総合的に制御するシステムの開発が必要である。
具体的には、快適性、利便性を損なわない範囲での、(1)ピークカット、(2)消費量の平準化を図る。これには、制御システムに合致した制御情報（水、電気、ガス等）、消費機器類を統合する集中制御システムの開発が必要である。
これらのシステムにより、消費の最大ピークに合わせた機器能力から、必要とされる能力の機器への転換も図ることができる。例えば、台所にてお湯を大量に利用するときは、室内の温度情報等から床暖房用を自動的に一時的に能力を落とし運転する。あるいは、台所と浴室が同時にお湯を利用するときは、支障のない範囲で湯量を自動的に調整することなどが可能となり、省エネルギーと快適・利便性が同時に達成できる。また、ＬＰガス供給の集合化等により、複数の消費者を総合的に制御できれば、一層の省エネルギーが達成できる。 |
|
| ２−４ 保安対策分野及び災害対策の視点 |
ＬＰガスは適切に使用すると安全で便利なエネルギーであるが、その扱いを誤ると火災・爆発などの事故につながるおそれもある。一方、ＬＰガスの消費に当たってはこれまでの個別使用を中心としたものから、バルク供給システムによるＬＰガス供給の集合化が進展していくことが予測される。また、燃料電池等ＬＰガス機器の技術革新に伴い、エネルギーの新しい変換方式が実用化していくことが予測される。環境負荷の低減という要請の中で、少子化・高齢化が著しく進んでいく社会において、ＬＰガスを誰でも安全にかつ安心して利用できるシステムを構築するためには、海外の技術等の動向を踏まえた保安面の技術開発が必要である。
|
| １．ＬＰガスの供給面での保安対策 |
|
(1) |
バルク供給システムの高度保安技術
バルク供給システムの普及促進のために、プレハブ式ユニットによるバルク貯槽の地下埋設法の開発、供給効率向上のためのバルクローリの充填速度向上、耐腐食性軽量(FRP製)地下埋設容器の開発、バルク貯槽あるいは容器の設置場所での使用中における再検査方法、低環境負荷型でかつ安全なバルクローリ等を開発する。
|
| (2) |
大容量消費設備への供給技術
大容量消費設備を使用する際の安全性を確保するため、大容量小型べ一パライザー、大容量消費設備用の中圧供給技術等を開発する。
|
| (3) |
容器の軽量化技術
ＬＰガスを充てんした50kg容器の総重量は100kgと重いことから、配送の効率化と併せて配送員の高齢化に対処するため、軽量でかつ安全な容器等を開発する。 |
|
| ２．ＬＰガスの消費面での保安対策 |
|
(1) |
消費者ミスによる事故防止技術
消費者のミスによる事故を防止し、供給・消費機器、システム機器等の安全性を向上させるため、自己診断機能と異常時にガスを自動停止する機能等の安全機能を備えた機器を開発する。
また、ＬＰガスの事故データを用いて機器操作の方法、着火位置、漏洩ガス量等の事故原因が推測できる事故解析システムを開発し、このシステムの解析結果を用いて消費者がＬＰガスの使用時に多少のミスを起こしても安全サイドに誘導する機器等を開発する。また、人が漏れたガスを感知しやすくするガスの知覚技術を研究する。
|
| (2) |
集中監視システム及び保安業務の高度化
今後の高度情報化社会における消費先でのＬＰガスの保安の確保のため、他の機能(電気、ホームセキュリティー等)との一体化、デジタル対応伝送装置、固定電話レス対応機器等を開発する。また、ＬＰガス消費者の生活環境の変化に対応し、集中監視システム等から得られた保安情報を活用し、販売事業者が保安業務を適切に遂行できるような高度保安情報処理システムを開発する。
|
| (3) |
機器等の経時変化対策技術
ＬＰガス機器の信頼性を向上させるため、使用されている金属、ゴムなどの有機物などの組合せによる経時変化の評価を行い、機器設計のためのデータベースを作成し、高耐食性などを備えた長寿命で、維持管理が容易な機器を開発するとともに使用期限を過ぎた場合には、機器自ら警告を発するなどライフエンド技術を備えた機器を開発する。
また、埋設管等からの検出が困難なガス漏えいを簡便に検知する技術及び修復する技術を開発する。
|
| (4) |
ガス設備評価システムの開発
供給設備の設計、消費世帯の増加時などの基準適合性の判定をガス容器本数、保有燃焼器等のデータによって行う適正評価システムを開発する。また、ＬＰガス容器庫、バルク供給設備等ＬＰガスを大量に貯蔵する設備の爆発等による周囲への影響を評価するシステムを開発する。
|
| (5) |
緊急時の保安対策技術
地震と災害時に強いＬＰガスの特性を生かし、都市ガスと共用できる燃焼機器、ＬＰガスの可搬型次世代高効率発電機、緊急時における集中監視センターの相互補完システム等を開発する。
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| (6) |
質量販売対応型安全機器の開発
質量販売における安全性を向上させるため、流量監視機能と遮断機能の組み合わせによるガス漏えい等を防止する安全器具を開発する。 |
|
| ３．新ＬＰガス消費形態の保安対策 |
従来のＬＰガスの消費形態は、ガス燃焼機器等のように燃焼させてその際に発生する熱を利用したものであったが、今後のＬＰガスの新しい利用形態として、例えば、燃料電池、マイクロガスタービン等による発電への利用、地球環境に配慮した代替フロン対策として空調機、冷蔵庫の冷凍機器への利用が今後考えられる。
このため、燃料電池、マイクロガスタービンなど新しい消費形態のＬＰガス機器等に対応した安全技術を開発する必要がある。 |
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(1) |
燃料電池等の安全技術
ＬＰガスを使用した燃料電池に係る触媒によるＬＰガス改質時に発生するＣＯガスや水素ガスの漏えいによる事故を防止するため、安全技術を開発する。また、その他の新しい消費機器等について、調査研究を行い、ＬＰガスの漏えい検知・警報システムなどの安全技術の開発を行う。
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| (2) |
ＬＰガス冷媒の安全技術
家庭内での利用が考えられているＬＰガス空調機及び冷蔵庫、自動車用クーラーの冷媒ガスとしてＬＰガスを使用した時に、ガス漏えい等による事故を防止するため、漏れたＬＰガスの不燃化などの安全技術の開発を行う。
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| (3) |
家庭内等のオールＬＰガス化時の保安技術
ＬＰガスの利便性を向上させることにより、用途拡大が期待される中、オールＬＰガス化住宅における安全技術について調査研究を行い、安全技術の開発を行う。 |
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| ４．地震等災害対策からの視点 |
阪神淡路大地震の際、電気、ガス、水道のライフラインが寸断されたことは、記憶に新しいところである。これらライフラインの中で、ＬＰガスはおよそ２週間で復旧を果たした。（電気は約１週間、都市ガス、水道は約３ヶ月）
被災地内外のＬＰガス販売事業者の努力も大きかったが、ＬＰガスは容器（ボンベ）による簡易な形態で供給可能であるという特徴は、ＬＰガスが災害に強いエネルギーであることを実証した。
災害時に避難所等として利用される学校、病院等の拠点では、災害時に最低限の機能を維持していくことが必要である。このためには、導管等ラインによらないエネルギーにより、必要部分のエネルギーを確保する検討が必要である。
例えば、災害時に電気を確保するには、ＬＰガス、灯油、軽油等を利用した非常用発電が考えられるが、経済的に負担が大きい。このため、必要最小限のエネルギーをＬＰガス、灯油、軽油等を利用したコジェネレーションで常時賄えば、経済的な負担も少ない。
経済的には灯油、軽油等を利用したコジェネレーションが優れていると考えられるが、ＬＰガスを利用した場合は、非常時の調理用エネルギーにも使用できる。また、常用で使用するのであれば、ＬＰガスが最も環境負荷は少ない。このような観点から、技術開発ではないが、常用・非常用併用のコジェネレーションシステムのケーススタディが必要と考えられる。
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| ＬＰガス分野技術戦略策定委員会委員名簿 |
| 委員長 |
河合 正人 |
（日本ＬＰガス団体協議会会長） |
| 委員長代行 |
後藤 新一 |
（機械技術研究所 エネルギー部 燃焼工学研究室長） |
| 委員 |
宮本 登 |
（北海道大学 大学院 教授） |
| 〃 |
後藤 忠夫 |
（日本ＬＰガス協会） |
| 〃 |
小林 眞一郎 |
（社団法人全国エルピーガス卸売協会） |
| 〃 |
今井 巌 |
（社団法人日本エルピーガス連合会） |
| 〃 |
嶋森 渡佐雄 |
（社団法人日本エルピーガス連合会） |
| 〃 |
園部 博 |
（社団法人日本エルピーガス連合会） |
| 〃 |
柳 也主男 |
（社団法人全国エルピーガススタンド協会） |
| 〃 |
大内 丈夫 |
（高圧ガス保安協会） |
| 〃 |
玉田 一実 |
（アタム技研株式会社） |
| 〃 |
西田 賢次 |
（コスモ石油ガス株式会社） |
| 〃 |
田村 秀樹 |
（出光興産株式会社） |
| 〃 |
奈佐 隆 |
（岩谷産業株式会社） |
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| ＬＰガス分野技術戦略策定委員会委員開催スケジュール |
| 第１回： |
平成１２年１月１７日（月） |
| ○趣旨説明と今後の方針 |
| ○報告書（案）の審議 |
| 第２回： |
平成１２年１月３１日（月） |
| ○報告書（案）の審議 |
| 第３回： |
平成１２年５月２２日（月） |
| ○報告書（案）の取りまとめ |
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|
| 図表目次 |
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