報告書番号

EX25010

タイトル（和文）

既設ガス導管への水素注入による国内水素輸送方法の技術評価とコスト試算

タイトル（英文）

Technological and Cost Assessment of Domestic Hydrogen Transportation by Blending Hydrogen into City Gas Pipelines

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
カーボンニュートラルにおける水素利用では、水素供給コストの削減が大きな課題であり、水素製造時のみならず輸送時のコスト削減が不可欠である。現在、国内水素輸送については、液化水素ローリー、圧縮水素トレーラー、新設水素導管による輸送が考えられる。その他の水素輸送方法として、海外で実証されている既設ガス導管を用いた水素輸送方法は、新たな導管インフラ整備が不要、かつ輸送時のエネルギーが抑えられるため、他の3つの輸送方法よりも経済的に優れる可能性がある。一方で、国内に適用する場合、水素分離後の都市ガスのガス品質に対する影響が懸念される。

目　　的
既存ガス導管を用いた水素輸送方法について、国内で適用した場合の都市ガス品質への影響を整理するとともに、水素輸送コストを試算し、他の輸送方法と比較する。

主な成果
1. 既設ガス導管を用いた水素輸送時の都市ガス品質への影響検討
　既設ガス導管を用いた水素輸送方法で適用する水素分離膜の仕様から水素分離後の都市ガスに残存する水素濃度を検討したところ、5 vol%程度であることが分かった。
　都市ガスに5 vol％の水素が混合してもウォッベ指数と最大燃焼速度は都市ガス13Aの規格内に収まる。ただし、ガスの発熱量は45から43 MJ/Nm3まで低下する。この熱量低下については、家庭用燃焼機器に対しては影響がないが、一部の工業炉に対しては機器性能に対する影響が無視できないとされており、個別対応が必要となる。

2. 水素輸送コストの比較
　既設ガス導管を用いて水素輸送後に、水素分離膜と圧力変動吸着を使用し、分離した水素を直接利用または低圧タンに貯蔵するケースの均等化水素輸送コストを試算した。既設ガス導管を用いた水素輸送方法による輸送コストの内訳は、水素分離ならびに低圧タンクのコストの合計が6割近くを占める。よってこれら設備の低コスト化が既設ガス導管を用いた水素輸送コスト削減の上で重要となる。
　その他の水素輸送方法と比較したところ、水素輸送コストが最も安価な輸送方法は、水素輸送距離と水素輸送量によって変化する。水素輸送距離が5km以下の多くの場合に、新設水素導管が最も低コストとなる。水素輸送量が約3,000 Nm3/日以下では圧縮水素トレーラーが、約20,000 Nm3/日超では液化水素ローリーが、その間の水素輸送量は既設ガス導管が最も低コストとなる。

今後の展開
本報告の国内の水素輸送方法に関する検討を踏まえ、複数キャリアが検討されている海外輸入水素の国内需要家までの輸送コスト評価のための検討を実施する。

概要 （英文）

Hydrogen is one of the most promising energy carriers for a decarbonized society. The decrease in the cost of green hydrogen production has been accelerated due to the cost reduction of renewable energies. It is very important to consider the cost of not only the production but also the transportation of hydrogen. The hydrogen transportation cost is not very low since hydrogen has very low energy density at an atmospheric temperature and pressure. Injection of hydrogen into already installed natural gas pipelines seems to be one of the cheapest methods to transport hydrogen compared with other methods of transportation, such as by tankers of pressurized or liquefied hydrogen. However, it is said that once hydrogen is injected and blended with the city gas, the cost of replacement of the city gas utilization equipment for each city gas consumer should also be considered and thus the total cost is supposed to be very high.
In the present study, injection of hydrogen into existing natural gas pipelines for transportation of hydrogen is evaluated from technical and economic perspectives. A scheme of hydrogen transportation is first shown and then the technical readiness level of an individual techniques is analyzed. The result shows that all techniques, including the hydrogen separation membrane technology are well developed. The hydrogen separation membrane can extract hydrogen as pure as 98% though the off gas, that is the gas after extracting hydrogen may contain maximum 5 vol% hydrogen. Although the city gas blended with 5 vol% hydrogen meets the Japanese gas standard 13A, the calorific value of the mixed gas decreases from 45to 43 MJ/Nm3 that may cause unfavorable effect to the industrial applications but households equipment. It is also evaluated that the transportation cost of hydrogen by injection and applying the separation technology is the cheapest among other transportation methods such as using lorries and tankers as far as the hydrogen transportation amount is between 2,760 and 19,000 Nm3/day.

報告者

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