空のカーボンニュートラル化への挑戦

カーボンニュートラルの実現

空のカーボンニュートラル化への挑戦
～カーボンニュートラル燃料合成技術の研究～

航空業界ではCO2削減が大きな課題となっています。地上のモビリティと比べて電動化が難しい航空機でカーボンニュートラルを実現するためには、機体やパワーユニット（PU）の技術革新に加え、持続可能な航空燃料（SAF）の普及が期待されています。

SAFの普及における大きな課題はコストです。特にコスト構造の大部分を占める原料（炭素源や水素）を高効率でSAFに変換する技術はコスト低減にとって非常に重要です。そこで私たちは高効率なSAF変換技術として以下の研究に取り組んでいます。

Bio-FT SAF（バイオマスを原料としたSAF製造技術）

バイオマスから燃料を製造する際に必要なプロセスであるガス化反応を高効率化する技術を研究しています。具体的には、ガス化反応場に水素を添加にすることにより、ガス化反応を制御することで高効率なSAF変換を実現することを目指しています。

Direct-FT SAF（CO2を原料としたSAF製造技術）

CO2から燃料を一段で製造する技術を研究しています。これにより従来の多段で製造するプロセスと比較して、高いSAF変換効率が期待されます。このプロセスを実現させるために鍵となる高効率なSAF製造触媒の研究開発と、その触媒の性能を最大限引き出すリアクタの研究開発を行っています。

ホンダはこれらの高効率なSAF製造技術によりSAFの普及に貢献し、空のカーボンニュートラル化を実現します。

※FT：Fischer Tropsch反応．炭素源と水素から、触媒を用いて炭化水素を合成する化学反応

バイオマスから燃料を製造する際の化学反応制御により高効率SAF製造プロセスを構築する

バイオマスを用いたカーボンサイクル
バイオマスを用いたカーボンサイクル

Bio-FT SAFはバイオマスが成長の過程で吸収したCO2を燃料に変換する技術です。
本技術では、バイオマスを加熱してガスに変換する「ガス化工程」で水素とCOを生成し、それらの比率をH2:CO＝2:1に調整した後、FT合成反応で燃料を製造します。

ガス化：Biomass → H2, CO, CO2, CH₄, CmHn, C, …
H2/CO比調整：CO＋H2O ⇆ CO2＋H2
FT合成： nCO+ 2nH2 → -CnH2n-

我々Hondaは、ガス化工程に水素を添加してガス化反応を制御、更に全体プロセスの最適化を図ることにより、高効率かつ安価なSAF製造を実現します。

コストが低減してSAFが広く普及すれば、空のカーボンニュートラルに大きく近づき、これまで通り空の移動を楽しむことができます。
一方で、使用するバイオマス毎にガス化反応や最適プロセスが異なるなど、実用化に向けての課題も多く残っています。

水素混合バイオマスガス化技術

水素混合バイオマスガス化
FCEVエネルギーマネジメント技術の応用による起動時間の短時間化

Hondaが特許を取得した水素混合バイオマスガス化技術では、ガス化反応炉に水素を添加して「水性ガスシフト反応」を抑制します。この水性ガスシフト反応は、一般的なBio-FT SAFにおいてH2/CO比の調整に用いられる反応です。

水性ガスシフト反応
CO＋H2O ⇆ CO2＋H2

この反応で比率調整を行うと、COが消費されて燃料収率が低下してしまうという課題があります。そこで我々の技術では、ガス化反応炉に水素を添加して水性ガスシフト反応を抑制しつつ、H2/CO比を2:1に調整することで、燃料収率の向上を目指します。更に、後段のガス調整工程を省略し、全体プロセスの最適化を図ります。
一方で、ガス化反応の中には水素添加によりCOが消費される反応もあるため、水素添加量の緻密な制御が必要です。我々は、水素混合バイオマスガス化の反応メカニズム解析及び反応制御ロジック構築に向けて研究を推進しています。また将来の実用化に向けて、プロセスシミュレーションを用いたSAF製造コスト評価や、大型プラント建設のためのプロセス設計にも取り組んでいます。

CO2を原料とした持続可能な航空燃料の合成技術研究により、自由な移動の喜びを実現する

CO2を用いたカーボンサイクル
自由な移動の喜びを実現する

Direct-FT SAFは大気や工場排ガスから集めたCO2を触媒とエネルギー(熱と圧力)を用いてSAFに変換する技術です。

従来の変換技術であるFT合成触媒を適用すると、CO2をCOに変換させなければなりません。この工程は逆水性ガスシフト反応と呼ばれ、900-1000℃と非常に高い高温、つまりエネルギーが必要となりまた別の触媒が必要となります。

我々Hondaはこの課題に対し、逆水性ガスシフト反応とFT合成反応を同時に起し、かつ高い変換効率を有する触媒材料の研究を行っています。また触媒性能を最大限引き出すためのリアクタの研究開発や経済成立性を検討するプロセス研究も推進し、CO2からSAFが得られるまでのトータルシステム性能を評価しています。

CO2からのSAF合成触媒材料とシステム研究

カーボンサイクル

Hondaが研究開発したCO2から燃料に変換合成させる触媒です。
従来に比べ、CO2からの変換効率が向上する材料設計が採用されています。
投入したCO2を余すことなく反応させ、ジェット燃料の炭化水素組成に近づけるために、CO2や反応中間体をより触媒に吸着させるための材料研究を推進しています。

また触媒性能をスケールアップしても最大限引き出すリアクタ研究に取り組んでいます。反応熱によるヒートスポット影響を最小化させるためリアクタ設計や除熱方法を検討しています。

そしてこれらの性能を組み込み、燃料合成プラントとして成立性を評価するプロセス研究も取り組んでいます。リアクタでの触媒性能や周辺機器、後工程の性能も取り込み、マテリアルバランスや熱マネジメントをプロセスシミュレーションを用いて検討し、CO2からSAFが得られるまでに必要なエネルギーやコストを算出・評価しています。

以上のように材料からプラントまで幅広く技術研究に取り組みメンバー一丸となって、自由な移動の喜びの価値実現に向けて、取り組んでいきます。

まとめと将来展望

Hondaが開発するSAF製造技術は、SAF普及に必須な低コスト化技術であり、空のカーボンニュートラル化に大きく貢献できると考えています。現在のSAFは、まだ高価ですが、我々の安価なSAF製造技術が確立すれば、SAFをもっと安価に製造することができ世の中への普及が進むことが期待されます。

  1. 環境への影響:
    SAFは従来のジェット燃料に比べてCO2排出量を大幅に削減することができます。国際民間航空機関（ICAO）は、2050年までに航空業界がカーボンニュートラルを達成するために、SAFの利用が不可欠であるとしています。Hondaの高効率なSAF製造技術によりSAFの低コスト化が期待され、SAF普及に貢献できます。
  2. 技術の進歩:
    SAFは現在は廃食油やバイオエタノールなどが主な原料ですが、将来的には増加する需要にこたえるべくバイオマスやCO2を炭素源としたSAFが主要な役割を果たすと予測されています．
  3. 政策と規制:
    各国政府はSAFの導入を促進するための政策を積極的に展開しています。EUも、航空燃料供給者に対して一定比率以上のSAFの混合を義務付ける規制を導入しています。

SAFの導入は、航空業界の持続可能な成長に寄与する重要なステップです。今後の技術革新により、SAFの利用がさらに拡大することが期待されています。