Q&A: カーボンの旅

Jan 10, 2024

ペンシルベニア州立機械工学部の研究者は、船上での炭素回収と代替燃料の利用を研究するために、海軍脱炭素化研究コンソーシアムから 200 万ドルの助成金を受け取りました。 このプロジェクトは、ブライアン・フロンク准教授との Q&A にまとめられています。 クレジット: Kate Myers/ペンシルバニア州立大学。 無断転載を禁じます。

2023 年 8 月 9 日

サラ・スモール著

ペンシルバニア州ユニバーシティパーク — 海軍脱炭素化研究コンソーシアムは、船舶と航空機に重点を置き、米海軍がプラットフォーム脱炭素化の複雑な課題に対処できるよう学際的な研究を推進することを目的とした官民協力であると、同コンソーシアムのウェブサイトに記載されている。 この取り組みの一環として、ペンシルベニア州立大学の機械工学准教授ブライアン・フロンクと機械工学教授ジャクリーン・オコナーは、海軍研究局から船舶用炭素回収システムを開発するために3年間で200万ドルの助成金を受け取りました。海軍のガスタービンで使用します。 ペンシルベニア州立大学機械工学特別教授のアドリ・ヴァン・デュイン氏も研究を支援します。

以下は、計画された研究について詳しく説明したフロンク氏との Q&A です。

Q: 二酸化炭素回収とは何ですか、また「e-燃料」とは何ですか?

フロント:炭素回収は、大気から直接、または炭素を含む燃料を燃焼させるガスタービンなどの装置の排気から直接二酸化炭素を除去するプロセスです。 回収された炭素は、大気中への侵入を防ぐために隔離したり、リサイクルして既存の船舶やエンジンで使用できる新しい炭素含有燃料を製造したりできます。

再生可能エネルギー源または原子力エネルギー源からの電力を使用して生成される炭化水素燃料は、「e-fuel」とみなされます。 これらは本質的に、私たちがよく知っている液体化石燃料の合成バージョンです。 これらの代替燃料はエネルギー密度が高く、密度が高いほど、同じ体積でより多くのエネルギーを貯蔵および輸送できますが、純炭素排出量は低く、理論的にはどこでも生産できます。

Q: これはアメリカ海軍にどのように当てはまりますか?

フロント:船舶用途では、この燃料の水素原料は電気分解によって海水から得ることができ、二酸化炭素原料は船上のシステムを介して大気、排気ガス、または海水から回収することができます。 したがって、海軍の脱炭素化ミッションをサポートすると同時に、代替燃料の分散生産と利用への道を提供し、物流上の利点も提供します。

注意すべき重要な点は、炭素を回収するにはエネルギーペナルティがあるということです。つまり、炭素を回収するために機器に電力を供給するためにエネルギーが使用され、エネルギー源によっては排出に寄与する可能性があります。 ただし、捕捉する炭素が多ければ、ペナルティは少なくなります。 船舶は通常、動力と推進力にガス タービン エンジンを使用します。ガス タービンの排気から炭素を回収する方が、大気中から直接炭素を回収するよりも、ガス タービンの排気から炭素を回収する方がエネルギー消費量が少なくなります。ガス タービンの排気には二酸化炭素が約 5% ～ 15% 含まれます。通常は約0.05%を占めます。

Q: タービンの排気から炭素をどのように回収する予定ですか?

フロント:陸上用途向けの最も成熟した炭素回収システムは、化学溶液を使用して大気または排気ガスから二酸化炭素を吸収しますが、船舶での化学ベースの炭素回収の使用は、健康と安全上の懸念から理想的ではありません。 このプロジェクトでは、排気ガスを圧縮、冷却、膨張させて二酸化炭素を分離し、排気流から凍結二酸化炭素 (ドライアイス) を直接生成します。 このシステムはコンパクトで操作が比較的簡単で、既存および将来の軍艦に統合できます。

より効率的な回収を促進するために、排気ガスの一部を入口に循環させて二酸化炭素濃度を高める排気ガス再循環 (EGR) の使用も検討します。 この技術は商用トラックや乗用車のエンジンでしばらく使用されてきましたが、ガスタービンには広く適用されていませんでしたが、多くの関心が寄せられています。