[論文レビュー] Fuels of the Future for Renewable Energy Sources (Ammonia, Biofuels, Hydrogen)

G. Ali Mansoori, L. Barnie Agyarko+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2021

Biodiesel Production and Applications参考文献 89被引用数 16

ひとこと要約

本論文は、再生可能エネルギーを用いて生成されるアンモニア、バイオ燃料、水素を、脱炭素化された輸送および産業分野に向けた持続可能なエネルギー搬送体として評価している。温室効果ガス排出を低減するため、これらの燃料のグリーン合成を提唱し、特に先進バイオ燃料およびグリーンアンモニアが、化石燃料と競合しないスケーラブルな代替手段を提供すると強調している。

ABSTRACT

Potential strategies for the development and large-scale application of renewable energy sources aimed at reducing the usage of carbon-based fossil fuels are assessed here, especially in the event of the abandonment of such fuels. The aim is to aid the initiative to reduce the harmful effects of carbon-based fossil fuels on the environment and ensure a reduction in greenhouse gases and sustainability of natural resources. Small-scale renewable energy application for heating, cooling, and electricity generation in households and commercial buildings are already underway around the world. Hydrogen (H2) and ammonia (NH3), which are presently produced using fossil fuels, already have significant applications in society and industry, and are therefore good candidates for large-scale production through the use of renewable energy sources. This will help to reduce the greenhouse gas emissions appreciably around the world. While the first-generation biofuels production using food crops may not be suitable for long-range fuel production, due to competition with the food supply, the 2nd, 3rd and 4th generation biofuels have the potential to produce large, worldwide supplies of fuels. Production of advanced biofuels will not increase the emission of greenhouse gases, and the ammonia produced through the use of renewable energy resources will serve as fertilizer for biofuels production. The perspective of renewable energy sources, such as technology status, economics, overall environmental benefits, obstacles for commercialization, relative competitiveness of various renewable energy sources, etc., are also discussed whenever applicable.

研究の動機と目的

• アンモニア、水素、および先進バイオ燃料が大規模な再生可能エネルギー搬送体として実現可能かどうかを評価すること。
• 化石燃料から再生可能エネルギーベースの燃料生産への移行に伴う環境的・経済的・技術的課題を分析すること。
• 第二世代、第三世代、第四世代バイオ燃料が食料供給と競合しない役割を果たす程度を評価すること。
• グリーンアンモニアをバイオ燃料原料生産用の持続可能な肥料として統合する可能性を検討すること。
• グローバル展開に向けた、水素、アンモニア、および先進バイオ燃料技術の競争力とスケーラビリティを比較すること。

提案手法

• 水素、アンモニア、バイオ燃料の現在の技術状況、経済的影響、環境的影響を体系的レビューおよび分析すること。
• 水素（例：電解）およびアンモニア（例：グリーン・ハーバー＝ボッシュ法）の再生可能エネルギーベースの生産プロセスを評価すること。
• 食料ではないバイオマスおよび藻類を原料とする第二世代、第三世代、第四世代バイオ燃料の評価を通じて、食料対燃料の対立を回避すること。
• バイオ燃料作物の生産に向けた持続可能な肥料としてのグリーンアンモニアの統合的分析。
• エネルギー効率、インfra構造の適合性、スケーラビリティの観点から、異なる燃料タイプ間の比較評価。
• 技術的および経済的評価を支援するため、39ページの分析、16枚の図、8つの表のデータを活用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再生可能エネルギーを用いた大規模なグリーン水素およびアンモニアの生産は、どのようにして化石燃料由来のものに置き換えることができるか？
• RQ2 第一世代バイオ燃料と先進バイオ燃料の間で、環境的・経済的トレードオフは何か？
• RQ3 グリーンアンモニアは、バイオ燃料原料の栽培に持続可能な肥料としてどの程度活用できるか？
• RQ4 再生可能エネルギーベースの燃料の商業化を阻害する主な技術的・経済的障壁は何か？
• RQ5 グローバルな脱炭素化に向けた、水素、アンモニア、および先進バイオ燃料の相対的な競争力とスケーラビリティは、それぞれどのように比較できるか？

主な発見

• 再生可能エネルギーで駆動される電解およびハーバー＝ボッシュ法を用いたグリーン水素およびアンモニアの生産は、世界的な温室効果ガス排出を顕著に削減できる。
• 第二世代、第三世代、第四世代バイオ燃料は、ネット排出量を増加させることなく、大規模で競合しない燃料生産を可能にする。
• グリーンアンモニアはバイオ燃料とともに副産物として生産され、持続可能な肥料として利用可能であり、循環型バイオエコノミーを実現する。
• 再生可能エネルギーベースの燃料への移行には、インfra構造、コスト、技術成熟度の課題が伴い、特にグリーン水素およびアンモニアにおいて顕著である。
• 土地利用の削減と食料競合の低減という点で、先進バイオ燃料およびグリーンアンモニアは第一世代バイオ燃料よりも持続可能でスケーラブルである。
• 本論文は、再生可能エネルギーベースの燃料が技術的に実現可能で環境的に有益であると結論づけるが、商業化には政策的支援および投資が不可欠であると指摘している。