2025年の炭素規則に適合する低排出クラッキング油システム

低排出型クラッキングオイルシステムに関する規制強化の理解

現象：製油所排出ガスに対する規制の圧力上昇

世界中の製油所は、政府が炭素排出規制をますます厳格化していることから、かつてないほど注目を集めています。例えば、欧州連合（EU）の排出量取引制度（EU ETS）では、企業がCO2排出量の上限を超えた場合、1メートルトンあたり110ドルを超える罰金を科されています。また、Euro VI規制は、2025年までに2020年比で大気中の微粒子をほぼ30％削減することを求めています（ICCTが昨年発表した研究に基づく）。こうした規制はヨーロッパだけで起きているわけではありません。米国では、約4分の1の州が事実上カリフォルニア州の低炭素燃料基準（LCFS）プログラムを模倣しています。一方、太平洋を渡った向こうでは、中国が約2,200の産業施設を対象とした自国の国家炭素市場制度を導入しており、その多くが原油をクラッキング処理しています。

石油クラッキングシステムが炭素排出量に与える影響

流動接触分解（FCC）装置は、熱プロセスに多大なエネルギーを必要とするほか、多数の触媒再生サイクルが行われるため、製油所の炭素排出量の約40〜60％を占めています。2024年に発表された『マテリアル・アンド・エナジー・バランス・スタディ』の最新研究によると、古い分解システムを近代化することで、処理される各バレル（石油）あたりのスコープ1排出量を約34％削減できる可能性があります。改善が効果を発揮するポイントはいくつかあります。まず、反応器の温度を適切に調整することで過剰なコークス生成を防ぐことができ、これにより燃料ガス消費量を単独で12〜18％削減できます。また、廃熱回収システムを導入することも大きな効果があります。これにより蒸気需要を約25％大幅に削減することが可能です。さらに、バイオマス由来の原料への切り替えも見逃せません。この変更によりライフサイクル排出量を52％削減でき、今日利用可能な戦略の中でも特に効果が大きいものの一つとなっています。

ケーススタディ：欧州の製油所におけるユーロVIおよびEU排出量取引制度への適合

ライン＝ルール圏の製油コンソーシアムは、2023年に6基の熱分解装置で段階的な対策を実施し、22%の排出削減を達成しました。

本プロジェクトの7億4千万ドルの資本支出により、年間2億1千万ドルの炭素税回避および生産性向上の効果があり、適合のビジネスケースを実証しました。

石油精製事業におけるESGとコンプライアンスの戦略的統合

先行したいオペレーターは、炭素強度を最優先するESG基準と排出管理戦略を結びつけています。エネルギー研究所（Energy Institute）が2024年に最新で推奨している内容によると、企業はリアルタイムでの排出量追跡を日常の運用画面に直接組み込むべきです。さらに、いくつかの企業は幹部報酬の約3分の1を、これらの脱炭素化目標達成度に結びつけ始めています。このアプローチは、現在の投資家が環境報告において最も重視する点に応えるものですが、他にも利点があります。これらの取り組みを今の段階で導入する企業は、政府が温室効果ガス規制を強化するにつれて、多くの専門家が予測する炭素価格の上昇に、より強力に対応できるポジションを占めることになります。

低排出型クラッキングプロセスおよび触媒技術の革新

環境に配慮したクラッキングプロセス：水素化クラッキングおよびFCC技術の進展

水素分解工程は今日、伝統的な方法に比べて約15〜20％低温で運転されており、通常は摂氏300〜400度の間です。この温度の低下により、全体として必要なエネルギーが少なくなっていますが、生産レベルは依然として高いまま維持されています。流動接触分解装置についても最近改良が見られ、新しい再生器設計により燃焼がはるかに効率的になっています。これらの改良により、各処理サイクルにおける二酸化炭素排出量を約12〜18％削減しています。触媒に関しては、シリカ-アルミナ系のものが現実的な可能性を示しています。2023年に水野らが発表した研究によると、これらは以前可能だったよりも炭化水素の変換率を約25％高めます。このような進歩により、製油所は欧州連合の排出量取引制度（EU ETS）の要件を満たしやすくなっています。

次世代触媒による石油分解システムでのCO−削減

触媒のイノベーションは脱炭素において極めて重要です。レアアース金属をドープしたナノ構造ゼオライトはクラッキング効率を高め、反応速度を30～40%向上させます。選択性触媒は現在、コークス生成（直接排出の主因）を抑えながらオレフィン生成を優先し、10～15%高い生成物選択性を達成し、再処理の必要性とそれに伴うエネルギーの無駄遣いを削減します。

ケーススタディ：18～22%のCO−出力を低減する選択性触媒

2023年後半に、ハンブルグ近郊の製油所が、実際の生産環境でコバルト改質FCC触媒の試験を行いました。約半年後、通常の古い触媒を使用していた時と比較して、CO2排出量が18～22％減少しました。最も良い点は、この間、ディーゼル燃料の生産量がまったく変わらなかったことです。実際には、これらの新しい触媒は金属を表面に均等に広げる効果があり、水素移動反応がより効果的に働くようになりました。その結果、燃焼によって失われる燃料ガスも減少しました。総合的にこれにより、EUの排出権取引で年間約270万ユーロの節約が可能になりました。この事例は、環境に優しい取り組みが必ずしもコスト増を意味するわけではないことを示す明確な証拠です。

Cracking Oil Systemsへの炭素回収・貯留（CCS）技術の統合

製油所におけるCCUS技術：分解装置への適用

CCUSシステムは石油精製所からのCO₂排出量を削減する上で重要な役割を果たします。特に、分解装置（クラッキングユニット）において顕著です。基本的に、これらのシステムは排出源で直接排出ガスを捕集し、輸送可能な状態に圧縮して、長期間の貯蔵を目的に地下深くの塩水層などの施設へ送り出します。英国気候変動委員会は昨年、産業界がCCUS技術の導入に真剣に取り組めば、2035年までに精製所からの排出量の約半分が削減されると報告しました。この技術の重要性を理解するために、クラッキングユニットがどのようなものであるかも見てみましょう。クラッキングユニットは粘り気があり重質な炭化水素を取り込み、消費者が実際に購入したいと思う軽質な燃料に変換します。精製所の中でもこの部分は全体の炭素排出量の15～25％を占めており、企業が施設に炭素回収技術を導入する際に重点を置く対象となっている理由も納得できます。

流動接触分解装置（FCC）向けのCCSソリューション

使いやすいガソリンへと重質ガス油を変換する流動接触分解（FCC）装置では、これらの高温・触媒駆動プロセスに特化した炭素回収・貯留（CCS）技術の導入が始まりつつあります。最新世代のアミン系溶剤は、システムから余分なエネルギーを過度に消費することなく、実際にはCO2排出量の約90〜95%を回収することが可能です。2024年にインシネットが発表した最近の研究によると、CCSをFCC運用に統合すると、全体の排出量を毎時約18〜22メトリックトン削減できます。また、最近では後燃焼回収方式と酸素燃焼技術を組み合わせたハイブリッドシステムが人気になってきています。このような混合方式は、炭素価格が1トンあたり80ドルを超えて上昇している地域では特に効果的であり、環境負荷を削減しようとしているプラント運用者にとって投資が経済的に実現可能になります。

CCS導入におけるコストと持続可能性のバランス

CCSには確かに環境面での利点がありますが、広く採用されるためにはコストを下げることと、支援的な政策を整えることが鍵となります。現状では、CCSの導入により精製油1バレルあたり約12～18ドルの追加コストが発生し、その大半は貯留施設や輸送ネットワークの構築にかかる費用です。ただし、朗報もあります。モジュール型捕集システムや共同のCO2パイプラインネットワークにより、初期投資額が多くのケースで従来より約30～40％削減され始めています。英国政府が2024年のCCS戦略で述べた内容をみると、1トンあたり85ドルの税額控除のような財政的インセンティブと大規模な水素生産の取り組みを組み合わせることにより、2027年までに refineryにおけるCCSプロジェクトが経済的にも投資に値するものになる可能性があると指摘しています。

排出削減のためのクラッキング操作におけるデジタル化とAI

AI駆動によるクラッキングオイルシステムのプロセス最適化

現代の機械学習システムは、今日、石油精製プロセスから得られるさまざまなデータを分析します。使用されている原料の種類、温度の時間経過に伴う変化、触媒の性能などを追跡し、リアルタイムでの調整を行います。高度なアルゴリズムの中には、精製プロセスに最適なタイミングを1日から2日前後先まで予測できるものもあり、これによりプロセス切り替え時のエネルギーの無駄を削減することができます。国際エネルギー機関（IEA）の最近の調査によると、AIを導入した精製プラントでは、以前は手動で制御していた方法と比較して、エネルギー費用を通常12〜18パーセント節約できるといいます。エネルギー価格が高騰している現在では、これは非常に大きな差です。

省エネルギーのための自動化とリアルタイムモニタリング

流動接触分解装置には現在、二酸化炭素の濃度、熱分布パターン、触媒の性能を追跡するIoTセンサーが装備されています。これらのスマートシステムは、運転中に空気と燃料の混合比率、蒸気注入タイミング、反応器の運転温度など、自動的に調整を行います。昨年のセンサーによる排出ガス管理に関する研究で明らかになった非常に注目すべき点は、こうした微調整により精製過程で発生する温室効果ガスを約20％削減できるということです。生産量を犠牲にすることなく環境基準を満たそうとしている製油所にとっては、こうしたリアルタイムでの監視が大きな意味を持つのです。

ケーススタディ：AIで最適化されたFCC装置によるエネルギー使用量の15％削減

欧州の1つの製油所では最近、FCC装置に対してAI駆動の予測制御を導入し、特にエネルギー消費の大きい再生サイクルに焦点を当てました。この機械学習システムにより、その時点で処理される原油の種類に応じて、バーナーの最適な設定や触媒の循環速度を算出しました。この仕組みを約18か月間運用した結果、天然ガス使用量が約15%削減され、これは処理される1バレルあたり約3.2MMBtuに相当します。さらに驚くべきは、分解効率を素晴らしい99.2%のレベルで維持することに成功した点です。この成功事例は、1日あたり20万バレル以上を処理する大規模な施設においても、性能基準を犠牲にすることなく同様の手法が効果的にスケールアップ可能であることを示しています。

よくある質問

低排出型分解石油システムに関する規制強化の主な要因は何ですか？

EU排出取引制度やユーロ6などの厳しい炭素・排出規制により、製油所は罰金を避けてコンプライアンスを確保するため、低排出システムを導入する必要があります。

原油分解システムは製油所の炭素排出量にどのような影響を与えますか？

流動接触分解（FCC）装置などの分解システムは、高いエネルギー需要および触媒再生サイクルのために、製油所の炭素排出量に大きく寄与しています。

製油所が排出量を削減するために導入可能な技術はありますか？

廃熱回収システムの導入、バイオマス由来原料への切り替え、CCUSおよびAI駆動の最適化技術の採用により、製油所は排出量を効果的に削減できます。

CCS技術を導入する際に、製油所はコストと持続可能性のバランスをどのように取ればよいですか？

財政的インセンティブ、モジュール式捕集システム、共有CO2パイプラインネットワークにより、製油所はコストと持続可能性のバランスを維持しながらCCSの導入を進めやすくなります。