E-FUEL： 輸送の脱炭素化のための現実的な解決策？

運輸部門は、世界のCO₂排出量の25〜30％を占める重要な部門である。この部門の中では、道路輸送が最大の排出源であり、ガソリンやディーゼルといった化石燃料への依存度が高いため、排出量の4分の3近くを占めている。海上輸送は、貨物1トンあたりの効率は高いものの、海上輸送の物量が多いため、世界の輸送によるCO₂排出量の約10％を占めている。航空輸送は、輸送全体のCO₂排出量に占める割合は小さいが（約11～12％、出典：Global Energy Data、Enerdata）、航空機の集中的な燃料消費により、1旅客マイルあたりの影響は不釣り合いに大きい。現在、輸送部門の排出量を削減するために、バッテリー電気自動車とバイオ燃料という2つの主要な解決策が実施されている。エレクトロ燃料（e-fuelとも呼ばれる）と呼ばれる新たなソリューションは、この市場のシェアを確保する可能性を秘めている。

各社の発表によると、2030年までにe-fuelsの年間生産量は8000万トンを超える可能性がある。(出典: Synthetic fuel database, Enerdata – サンプル請求). しかし、一歩引いて考えてみると、これは現在のジェット燃料生産量（2022年のジェット燃料生産量は259Mt）の約30％に相当する。さらに、発表されているe-fuelプロジェクトのうち、現在建設中なのは20％未満である。残りの80％はまだ最終的な投資決定に至っていない。したがって、これら8000万トンのe-Fuelsプロジェクトの開発には大きな不確実性がある。

本短信では、これらの発表を運輸部門の脱炭素化という幅広い文脈の中に位置づけ、関連する様々な技術を探り、これらの市場に進出する主要プロジェクトとプレーヤーを詳しく見ていく。我々の分析は、主にEnerdataが実施した調査に依拠しており、これには世界中の主要なe-fuel生産プロジェクト182件の包括的なデータベースが含まれる。

文献には数多くのe-fuelの定義がある。この記事では、再生可能な電気エネルギー、水、CO₂、またはアンモニアのための窒素から作られる液体合成燃料に焦点を当てる。したがって、バイオ燃料としてよく知られているバイオマス由来の燃料は考慮しない。合成燃料は、主に航空機用灯油、船舶用重油、自動車用ガソリン／ディーゼルに取って代わるものでなければならない。

道路部門

道路交通の脱炭素化は、主に電動化とバッテリー車によって達成される方向にある。2050年までには、脱炭素化シナリオにもよるが、世界の自動車ストックの32％から71％を電気自動車が占めるようになると予想されている（出典：Enerfuture、Enerdata）。このシナリオでは、電気自動車が増加するにつれて、世界の道路を走る内燃機関（ICE）車の数は時間とともに減少することになる。代替燃料、特にe-fuelを動力源とする自動車の総合エネルギー効率は、バッテリーを動力源とする自動車より4～5倍低い (出典: Research Center for Energy Networks and energy storage). ポルシェがチリで行ったHaru Oni e-fuelプロジェクトに見られるように、スポーツカーのようなニッチな用途に物理的に限定される可能性が高い。そこで、海上輸送と航空輸送に焦点を当てて分析する。

海運部門

海運セクターには、排出削減目標を定めた2つの主な脱炭素規制がある。ひとつは国際海運機関（IMO）による国際的なもので、もうひとつは欧州委員会によるEU向けのものである。FuelEU Maritime¹は、EUが2023年7月に採択した規制である。

FuelEU Maritimeは、EU域内を運航する総トン数5,000トン以上の船舶に適用される。この規制は、2050年までに炭素強度を平均80％削減することを目標としている。

IMOの規制は技術中立であり、船舶用燃料のWell-to-Wake GHG原単位に関する目標を設定している。目標は、2050年までに国際海運のGHG排出量を2008年比で50％削減することである。(出典: IMO Strategy 2018).

航空部門

• 2025年までに、EUの燃料サプライヤーが提供する混合燃料に占めるSAFの割合を2％にする。
• 2030年までに、EUの燃料サプライヤーが提供する混合燃料に占めるSAFの割合を6％にする。
• 2050年までに、EUの燃料サプライヤーが提供する混合燃料に占めるSAFの割合を70％にする。

SAFには、合成航空燃料、先進およびその他の航空バイオ燃料、再生炭素航空燃料が含まれる。

いわゆるe-fuelとは、低炭素電力を利用した水の電気分解によって得られる再生可能な水素と、ほとんどの場合炭素を含む分子（二酸化炭素または一酸化炭素）、あるいはe-アンモニアの場合は窒素を組み合わせて製造される分子のことである。したがって、e-fuelは、e-ディーゼル、e-ガソリン、e-ケロセン（石油由来分子とほぼ同じ特性を持つ）などの合成アルカン、およびe-アンモニアやe-メタノールなどの他の水素誘導体を包含する総称である。e-fuelは、単一の標準化された化学式やエネルギー密度値を共有しているわけではない。

主な製造技術は3つある： Power-to-Liquid/液体燃料化（PtL）、Power-to-Methanol/メタノール燃料化（PtM）、Power-to-Ammonia/アンモニア燃料化である。

主な生産技術：

PtL：Power-to-Liquid の主な技術としては、水を電気分解して水素を製造し、これを大気または工業プロセスから回収した二酸化炭素と結合させて合成ガスを製造する。次に、フィッシャー・トロプシュ合成（または他の合成プロセス）を採用することで、合成ガスは合成ガソリン、ディーゼル、灯油などの合成炭化水素に変換される。フィッシャー・トロプシュ・プロセスは、これらの変換プロセスの中で最も成熟した技術構成要素である（TRL 9）。したがって、変換チェーン全体の成熟度は、合成ガスを得るプロセスの成熟度によって決まる。我々は、2つの主要な合成ガス技術を観察している：

• 逆水性ガスシフト（RWGS）
• 共電解

白金液化石油ガスには、メタノールからガソリン（Methanol-to-Gasoline）やメタノールから灯油（Methanol-to-Kerosene）への変換技術を利用した、アルコールから合成燃料への変換（Alcohol-to-Jet）へのアプローチもある。

PtM：Power-to-Methanolは、CO₂と水素の反応を伴う。CO₂からメタノールを製造するために、現在さまざまなプロセスが研究されており、技術的成熟度もさまざまである：

• 触媒合成
• 電気触媒合成
• 直接電気触媒合成³

PtA: Power-to-Ammonia は、窒素（N2）と水素の反応である。現在、この反応に使用されている主なプロセスはハーバー・ボッシュ・プロセスである。

特徴と応用：

These technologies enable the production of four main types of fuels: e-methanol, e-ammonia, e-gasoline, and e-kerosene. These fuels are compared in the table below.

図1：e-fuelの比較

出典: Enerdata

地理的分布とプロジェクト規模

e-fuelプロジェクトの開発は世界中で勢いを増しており、さまざまな国や企業がこの技術に投資している。プロジェクトの規模は、小規模な試験的取り組みから大規模な産業用設備までさまざまである。しかし、e-fuelプロジェクトの主要国は、インド（発表容量の12％）、中国（11％）、オーストラリア（11％）であり、モロッコ、エジプト、アメリカがそれぞれ7％ずつ続いている。これらのプロジェクトのほとんどは、年間生産能力が50トンから100万トンである。この分析では、発表されたプロジェクトを検討し、2つの主な傾向を明らかにしている。インド、モロッコ、エジプトのように、アンモニアとメタノール生産のためのメガプロジェクトを1つか2つ発表し、ランキングの上位につけている国もある。逆に、中国やオーストラリアのような国々は、中規模のプロジェクトを数多く抱えている。さらに、エジプトやモロッコのように、自国での生産を完全に輸出に向けたものと位置づけている国も見受けられる。中国はそうではない。

図2：E-FUELの生産能力分布（トン／年）

出典: Enerdata, Synth Fuel Database

アプリケーション

Enerdata社は、世界における主要なe-fuelプロジェクトのデータベースを作成した（2024年6月現在、182のプロジェクトが確認されている）。このデータベースは2つの興味深い側面を示している：

• e-fuelプロジェクトの成熟度が低いことから、そのほとんどがまだ用途を決定していない。さらに、これらのプロジェクトの中には輸出に重点を置いているものもあり、具体的な用途は未定のままである。

具体的な用途を定めているプロジェクトの中では、海運用と航空用の2つが際立っている（下記参照）。

図3：世界におけるe-fuelsの主なプロジェクトの用途 (非網羅的）

出典: Enerdata, 05/2024

海運における主要プロジェクト

E-メタノールとE-アンモニアが、この用途の主要燃料として選択されるようになる。

この分野で現在進行中の最大のイニシアチブは、船主であるマースクが主導しているもので、メタノールを利用するための設備を備えた25隻の船舶の建造に関与している（最初の船舶は11月に竣工）。同社の船舶のほとんどは、2つ目のエンジンで重油（低硫黄または超低硫黄油）を燃料とするデュアルフューエル式だ。特筆すべきは、この試みが、廃棄物バイオマス⁴由来のバイオメタノールの利用も組み込んでいることだ。船舶に燃料を補給するため、マースクはアジア、アメリカ、アフリカ、ヨーロッパでいくつかのプロジェクトを発表している。このイニシアティブの中で現在開発中の最大のプロジェクトは、マースクの子会社であるC2X社がエジプト政府と提携して主導しているものである。30億ドルを投資し、年間約30万トンのe-メタノールを生産することを目指している⁵。

航空業界の主要プロジェクト：

航空プロジェクトは、海運プロジェクトに比べて成熟度が低いように思われる。少なくとも2026年までには（特に航空に特化した）大規模なプロジェクトは始まらないと予想されており、経済的なバランスを見出す必要がある（価格は化石ケロシンの4～8倍高い⁶）。さらに、KLMが主導するSynkero、SkyNRG、スキポール空港など、発表された最も重要なプロジェクトのいくつかは、最近になって保留されている⁷。

最も有望なプロジェクトのひとつは、ノルウェー航空が支援し、サンファイアやカーボンセントリックといった技術プロバイダーが参加するノルウェー・ノルスクe-fuelプロジェクトである⁸。彼らは、ノルウェー国内に3つの工業規模のe-Fuel生産工場を設立し、2030年に20万トンの生産能力を持つことを発表した。旅客航空会社のノルウェー航空と貨物航空会社のカーゴルクスは、14万トン以上の燃料供給のためにe-SAFを購入することを約束した。

これらのプロジェクトの主要プレーヤー

プロジェクト・データベースを分析することで、この市場における3つの主要プレーヤーを明らかにすることができた：

• トタル、シェル、エクソンなどの石油化学セクターの成熟した大企業で、プロジェクト・デベロッパーや技術プロバイダー。
• HIFグローバル、シンヘリオン、インフィニウム、カーボン・リサイクル・インターナショナルのような、CCUSやe-fuel製造技術に特化した専門知識を持つ小規模なピュア・プレイヤー・イノベーション企業。
• そして最後が、プロジェクトのオフテーカーである航空機や船舶の運航会社（マースク、ルフトハンザ、KLMなど）である。

これら3つのタイプの企業は補完関係にあり、ほとんどの新規プロジェクトはこれらの企業間のパートナーシップに基づいている。例えば、プロジェクトに必要なインフラやエネルギーを供給したり、生産の経済的出口を確保したりすることである。

これらのプロジェクトの開発には、3つの重要な疑問と課題がある：

• 低コストのグリーン水素の利用可能性（これは価格競争力のある電力へのアクセスに依存する）。
• 生物起源CO₂の利用可能性。これは、炭素回収・貯留の競合する用途や、直接空気回収による低コストのCO₂の利用可能性のために複雑である。
• 特定の製造プロセス、特にe-SAFの成熟度。

コスト問題は、これらのプロジェクトの開発にとって決定的な要因である。ICCTの2050年におけるe-ケロシンのコスト予測（出典：ICCTワーキングペーパー、2022年）によると、CO₂コスト、電気分解費用、再生可能エネルギー価格の削減に関する楽観的な仮定の下でも、e-ケロシンは従来のケロシンに比べ、米国では1.5倍（欧州では2.5倍）高い。

同様に、IRENAによるe-メタノールの予測も楽観的で、2050年までに価格は1トン当たり約250ドルまで下がる可能性を示唆している（出典：Renewable Methanol Outlook、2021年）。この価格を達成するには、グリーン水素のコストが1kgあたり約1ドル、CO₂コストが1トンあたり約100ドルまで下がる必要がある。このようなコスト削減にもかかわらず、e-メタノールは現在生産されているグレーメタノールよりも依然として高価である。このように、化石燃料に対する主要なe-fualの競争力を達成することは、長期的（2050年）に見ても非常に困難であると思われる。

結論として、EUが航空・海運部門について定めた脱炭素化目標、およびIMOが海運部門について定めた脱炭素化目標の達成は、大きな挑戦となる。これは、発表された多くのe-fuel（主にe-メタノール、e-ケロシン、e-アンモニア）製造プロジェクトが実現しないリスクに直面しているという事実によるところが大きい。

しかし、短期的には、2030年までに、そして前述の課題が解決されない限り、e-fuelが運輸部門のCO₂排出削減に大きく貢献する可能性は低いことは明らかである。この状況は、これらの輸送手段の効率と将来の利用について重大な問題を提起している。

対照的に、道路交通、特に軽量自動車の脱炭素化は、技術的にはるかに進んでおり、成熟しているように見える。

Notes:

1. transport.ec.europa.eu/transport-modes/maritime/decarbonising-maritime-transport-fueleu-maritime_en
2. consilium.europa.eu/en/press/press-releases/2023/10/09/refueleu-aviation-initiative-council-adopts-new-law-to-decarbonise-the-aviation-sector/
3. evolen.org/wp-content/uploads/2023/03/15-03-2023-EVOLEN-Note-de-synthese-sur-les-e-fuels.pdf
4. maersk.com/news/articles/2023/06/26/maersk-orders-six-methanol-powered-vessels
5. renewablesnow.com/news/maersks-c2x-plans-usd-3bn-green-methanol-plant-in-egypt-835924/
6. corporate.airfrance.com/fr/les-carburants-daviation-durable
7. skynrg.com/producing-saf/saf-production-plant-in-the-port-of-amsterdam/
8. norsk-e-fuel.com/partners