日本JFE Engineering(JFEE)與大阪瓦斯(Osaka Gas)將推動「化學循環燃燒多聯產(Chemical Looping Combustion Poly-generation; CLC)」技術的實用化,並計畫於2030年實現商業化的目標。此項技術利用金屬氧化物為氧載體循環運行,可高效率同時生產電力、氫氣及二氧化碳,並能使用生質能、有機廢液等燃料。採用固體燃料的CLC系統為全球首例,後續研究團隊將持續推動設備的大型化。
CLC系統由3座反應塔構成,包括空氣反應塔(AR)、燃料反應塔(FR)以及氫氣生成塔(HR)。系統內部以含有氧化鐵顆粒作為氧載體,在各反應塔之間循環並進行氧化還原反應。由於3座反應塔均採用循環流體床設計,因此可因應固體燃料處理。
在空氣反應塔中,氧化鐵與從外部供應的空氣反應後被氧化,吸收更多氧並產生約900℃~1000℃的反應熱,熱能可輸出用於發電。其後氧化鐵進入燃料反應塔,與生質能或有機廢液等碳氫燃料反應,產生高純度二氧化碳。接著在氫氣生成塔中,氧化鐵再與水反應產生潔淨氫氣。失去氧的氧化鐵則返回空氣反應塔重新吸氧,進而形成循環流程。
此項技術為新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)轄下的補助事業計畫,將建置300 kW級示範設備並進行驗證測試。JFEE負責詳細設計與品質管理,大阪瓦斯負責設備建設與運轉。兩家公司規劃2030年後達到實用化,商用機組規模預估為20 MW~200 MW,並將先行評估數MW級實證裝置。
CLC技術的主要優勢在於相較一般生質發電僅能供應電力,CLC系統亦可同步製氫,提高能源的利用價值。此外,半導體工廠等產生的有機廢液亦可作為燃料來源,有助於資源循環與廢棄物再利用。此外,從碳捕集的觀點而言,由於系統同時產出具有經濟價值的電力與氫氣,因此相較於既有化學吸收式二氧化碳回收法,可望降低整體回收成本。回收的二氧化碳可應用於乾冰等用途。今後若結合大阪瓦斯積極佈局的甲烷化(Methanation)技術,將可進一步提升CLC系統的商業價值。
目前CLC技術已受到全球關注,中國與美國也在推動MW級的實證或商業化評估。雖然日本在規模上暫時落後,但新系統具有能使用固體燃料且可同步產氫的獨特優勢,在國際市場將能展現高度差異化競爭力。