脱炭素化への取り組みはガス分離膜に新たな市場機会をもたらす、IDTechEx レポート

ボストン、2023 年 6 月 6 日 /PRNewswire/ -- 脱炭素化は産業部門全体の主な市場推進力です。 どのロードマップにも、テクノロジーの対応範囲にわたる進化するソリューションの組み合わせがあり、それぞれに独自の支持者と批判者がいます。 これらの戦略の中には、必然的に科学的および工学的な幅広い問題点が存在します。 このような繰り返し発生する課題の 1 つは、効率的なガス分離です。 IDTechEx は次のように尋ねます。これは膜技術に市場機会をもたらしますか?

ガス分離膜の商業利用は新しいものではありません。 この業界は 1980 年代から 2000 年代初頭にかけて大幅に成長しました。 既存の膜はあらゆるガス分離用途に適しているわけではありませんが、適切な使用例 (適切な原料、スケール、純度要件など) では、他の分離技術を上回ることができます。 その結果、この業界は適度な規模の安定した市場に成長しました。

市場は今、新たな成長フェーズに入りつつあります。 これは主要な市場要因、主に再生可能エネルギーと脱炭素化の用途、およびそれらのニーズに対応する技術の進歩によって推進されています。 IDTechEx は、この進化する業界の重要な技術ロードマップ、企業の展望、市場の見通しを提供する新しい市場レポート「ガス分離膜 2023-2033」¸を発表しました。

他の分離技術 (極低温吸着や圧力スイング吸着など) と比較した高分子膜の使用の長所と短所は用途によって異なりますが、主に低エネルギープロセスとしての膜の魅力と選択性と透過性の限界に焦点が当てられています。現実世界の環境におけるトレードオフと寿命。 既存の高分子膜を超えて、幅広い研究が進歩しています。 最も有望な素材の多くは商業的な牽引力を獲得し始めており、商業環境の再形成にも役立つでしょう。

ガス分離膜は、特に窒素製造、水素回収、天然ガス処理、蒸気回収といった複数の用途ですでに商業的に採用されています。 ここでは、バイオガスのアップグレード、炭素回収、水素という 3 つの大きな可能性のある分野を見ていきます。

バイオガスのアップグレード: 膜はこの成長市場を活用するのに有利な立場にあります

バイオガスは、高い割合のメタンと二酸化炭素で構成されています。 これは主に直接使用されますが、ますます重要なプロセスには、CO2 を分離 (および汚染物質の除去) して、天然ガスのインフラストラクチャーで使用できる十分に純粋なメタンを生成することが含まれます。 この生成物はバイオメタンまたは再生可能天然ガス (RNG) と呼ばれます。 これがバイオメタンへの唯一の経路ではありませんが、最も一般的な経路です。

RNG は新しい業界ではありませんが、今後 10 年間で大幅な成長が見込まれています。 2030 年までにバイオメタン生産量を 10 倍以上の 35 bcm に増加させることを目標とする EU などの政府の推進力と、Shell、BP、TotalEnergies などの大手企業による業界活動があります。 このアップグレードには CO2/CH4 分離ユニットが含まれます。 いくつかのソリューションは市販されていますが、膜はすでに使用されており、注目に値する市場シェアを獲得しています。 このソリューションは、比較的小規模な消化ガス プロジェクトに特に適していますが、これに限定されず、世界中の幅広い設置に使用されます。 市場への参入を検討している膜材料はありますが、ほとんどの場合、唯一の分離プロセスとして、または極低温ユニットと並行したハイブリッド システムの一部として、既存の中空糸ポリマー膜によって満たされています。

実証済みのユースケース、成長するサプライチェーン、大規模な市場成長の組み合わせにより、これは今後 10 年間のガス分離膜の重要な分野となります。

炭素捕捉: 膜分離には太刀打ちできません…。 今のところ

CCUS は、あらゆる産業の脱炭素化ロードマップの中心部分です。 これは本質的に分離の課題であり、したがって膜を使用できるかどうかという問題が生じます。

膜は天然ガス産業の分離プロセスにすでに使用されていますが、主流の技術ではありません。 これは膜にとって引き続き良好な市場であり、FPSO市場が成長し、石油増進回収（EOR）のためのCO2利用に焦点が当てられていることから、CCUSの展望の重要な部分となっている。 ただし、この記事では燃焼後の点源炭素回収に焦点を当てます。

燃焼後の炭素回収における主なガス分離は CO2/N2 です。 排ガスは通常大気圧であり、CO2 濃度が比較的低いことなど、いくつかの困難な考慮事項があります。 このため、既存の膜では費用効率の高い CO2 回収が非常に困難になります。 アミンスクラビングは最も定期的に使用されるプロセスですが、代替の化学的および物理的吸収ソリューション、吸着および極低温プロセスとの競争が激化しています。

この技術情勢により、既存の高分子膜が市場シェアを獲得することが困難になっています。 それでも、韓国のロッテケミカルなどによるいくつかのパイロット研究が出現しているのを目にしています。 代わりに、多くの企業が新興の膜材料やハイブリッドプロセスに目を向けています。 薄膜複合膜 (TFC) 膜や混合マトリックス膜 (MMM) などのポリマー複合膜は、多くの研究の関心を集めており、前者は MTR などによって透過性が向上するため、特に普及しています。 ポリマーベースの固定サイトキャリア (FSC) や無機二相膜など、代替輸送メカニズムを提供する膜もあります。 ハイブリッドプロセスには、膜接触器内など、または別の分離プロセスと並行して、完全に統合された膜システムが関与する可能性があります。

これらのプロジェクトの多くは依然として実験室規模にとどまっており、一部はより注目すべきパイロット研究に進んでいます。 大規模な展開や進化し続ける競争環境における技術的および経済的な実行可能性に関しては、まだ不明な点が多くあります。 IDTechEx では、目立った成功が見られるとしても、それは長期的なものになると予想しています。

水素：真の機会と行き止まりを区別するのに苦労している

ネットゼロの未来における水素の役割の規模については、広く議論されている。 支持者は、広範なグリーン水素インフラを構想しています。 一方、批評家たちは、壮大な計画を推進する前に現在の水素市場を一掃する必要があることと、特に軽減が難しい分野を超えた水素輸送と使用事例をめぐる課題の両方を正しく指摘している。 これを理解することは、市場の可能性を評価するために不可欠です。 しかし、IDTechEx の分析を通じて、多くのガス分離膜プレーヤーは主要なターゲット市場として水素用途を挙げています。

水素産業におけるガス分離膜の主な使用例は、回収、生産、パイプラインまたはキャリアによる輸送の 4 つです。 膜は、アンモニアパージガスなどの水素ガスの回収にすでに使用されています。 これらは改善および拡張することができますが、劇的に変化する可能性は高くありません。 水素製造における役割は主にブルー水素（炭素回収と組み合わせた化石燃料からの製造）に集中しています。 したがって、これは前のセクションと同様の見通しになります。 PBI ベースの膜など、青色水素の材料開発が行われていますが、最も注目されているのはハイブリッド アプローチです。 これはエア・リキードのポール・ジェローム施設で最もはっきりと見られます。

輸送に関しては、提案されている膜の役割は使用時点でのガス分離にあります。 これには、専用パイプラインの末端での水素のアップグレード、既存のネットワークの使用を可能にする天然ガスからの混合、またはキャリアからの水素の回収（たとえば、アンモニア分解後）などが考えられます。 これらすべての使用例における課題は、PEM 燃料電池 (主要な技術) と接続する場合、非常に高純度である必要があり、既存の高分子膜ではこれを達成できないことです。 これは、業界がエボニックとリンデの研究や選択性の高い代替膜などのハイブリッドプロセスに注目する必要があることを再度意味します。 最も注目すべき代替材料はパラジウムベースの膜です。 これらは古くから知られており、複数の課題を抱えていますが、進歩を続けており、水素の輸送と製造の両方について商業試験の高度な段階に到達しています。

IDTechEx には、先端材料と脱炭素化アプリケーションに関する公平な技術市場分析を提供してきた長年の歴史があります。 「ガス分離膜 2023-2033」では、主要な市場予測、技術ロードマップ、プレーヤーのプロフィールを用いて、この進化する市場を明確に示しています。

ダウンロード可能なサンプル ページなど、この IDTechEx レポートの詳細については、www.IDTechEx.com/GasSepMem をご覧ください。

関連トピックの詳細については、IDTechEx の市場レポート「ブルー水素の生産と市場 2023 ～ 2033 年: 技術、予測、プレーヤー」および「二酸化炭素回収、利用、貯蔵 (CCUS) 市場 2023 ～ 2043 年」をご覧ください。

IDTechExについて

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ソースIDTechEx