ダイナミックなグリーンアンモニアおよびグリーンメタノールプラントにおけるラマン分光法

世界的なエネルギー移行の加速に伴い、化学産業における脱炭素化や水素の輸送に不可欠なアプローチとして、グリーンアンモニア（e-アンモニア）やグリーンメタノール（e-メタノール）が台頭しています。低コストの再生可能な電力を利用したダイナミックかつ迅速に展開可能なプラントで製造されるこれらのサステナブルな化学物質は、炭素排出量削減のためのスケーラブルで柔軟な燃料として活用でき、輸送可能な水素のクリーンな原料としても使用できます。グリーンアンモニアやグリーンメタノールの製造では、性能、安全性、環境に関する法令遵守が、燃料や原料の品質と密接に関連するため、変動する環境下でも品質と安定性を維持することが重要です。

• 収率および製品品質が重視される化学産業（合成のための原料）
• 発電（燃料電池およびタービン）
• 燃焼機関
• 海洋推進システム
• 水素の輸送および貯蔵（グリーンアンモニア）

ラマン分光法は、この分野で実績のある強力なツールです。ラマン分光法によってリアルタイム分析が可能になるため、変動する動作条件下でも安定した製品品質が維持されます。これにより、信頼性が高く高性能な原料やe-燃料としてのグリーンアンモニアおよびグリーンメタノールの普及が促進されます。

ダイナミックなグリーンアンモニアおよびグリーンメタノールプラントは、柔軟な運用ができるよう設計されています。これらのプラントでは、生産負荷を1分あたり最大で3パーセント増減できるとともに、設備容量の10パーセントでも安定した性能を維持できます。この俊敏性により、再生可能エネルギーの可用性が変動する場合でもリアルタイムで対応できるため、稼働時間の最大化と貯蔵への依存度の最小化が可能になります。 

• 稼働時間の増加
• 耐用年数の延長
• 高価な水素またはエネルギー貯蔵の必要性の低減

デンマークのREDDAPのプラントなどの施設では、リアルタイムで変動する電気料金に対応し、再生可能エネルギーが豊富で安価な場合には生産量を増加することで、コスト効率の良いグリーン燃料製造を可能にしています。この俊敏性の実現には、迅速かつ正確な測定入力が不可欠なため、ラマン分光法が重要な役割を果たします。

グリーンアンモニアやグリーンメタノールの主要な用途は肥料、医薬品、および産業用薬品の原料であるため、品質維持が非常に重要です。品質維持には、以下のような課題があります。

• 不純物 – 酸素、窒素酸化物、一酸化炭素などの汚染物質によって、製品純度や性能が損なわれるおそれがあります。
• プロセスのばらつき – 再生可能エネルギー源の変動により、製造プロセスが不安定になり、安定性や品質に影響が及ぶ可能性があります。
• 測定応答の遅さ – ガスクロマトグラフなどによる従来の品質管理方法では、一般的な応答時間が分単位であり、さらにオフラインサンプリングで結果が出るまでに数時間から数日かかる場合があります。

ラマン分光法によってアンモニアおよびメタノール合成プロセス全体でガス組成を監視する、非挿入型、リアルタイムのソリューションにより、サステナブルな製造が強化されます。ラマンシステムは、以下のような重要な測定点に設置できます。

• リアクタフィード – アンモニア製造の水素-窒素（H₂/N₂）およびメタノール製造の水素-一酸化炭素/二酸化炭素の化学量論比の制御
• 合成ループリサイクルガス – 組成の検証
• パージガスストリーム – 連続監視および不活性制御

グリーンアンモニア（NH₃）およびグリーンメタノール（CH₃OH）の製造は、自然変動する再生可能エネルギー源に依存しています。ダイナミックアンモニアループは、この制約を克服します。この製造方式では、生産負荷を1分あたり数パーセント増減でき、設備容量の10パーセントでも安定した運転が可能です。この柔軟性により、プラントは再生可能エネルギーの可用性に応じた生産が可能となり、稼働時間の最大化、機器寿命の延長、コストのかかる水素や電力の貯蔵の必要性緩和を実現できます。つまり、グリーンアンモニアとグリーンメタノールの可能性を最大限に引き出すには、ダイナミック製造が不可欠であると言えます。

ラマン分光法は、柔軟な運転に必要な迅速な応答を可能にし、ガス組成に関するリアルタイム情報を提供するため、変動する条件下で製品品質を維持するための重要なツールとなります。主なメリット：

• ガスクロマトグラフ（GC）よりも早い応答時間
• キャリアガスが不要
• H₂/N₂またはH₂/CO、およびCO₂などの主要なガス比のリアルタイム監視
• 最小限のメンテナンスかつ消耗品なし
• サンプル調製システムの必要性が低減
• 設置にシェルターが不要
• 汎用（GP）エリアに最適、閉鎖空間が不要

• ラマン分光計/スペクトロメータ（マルチチャンネルを推奨）
• ラマンプローブ/センサ
• ラマン分光法
• 光ファイバーケーブル
• サンプリングインタフェース
• 統合ラック

脱炭素化に向けた競争においては、スピードと精度がものを言います。ラマン分光法は、高品質な低炭素燃料を高い信頼性で製造するダイナミックなグリーンアンモニアおよびグリーンメタノールプラントを実現します。ダイナミックな製造モデルの普及に伴い、グリーン原料やe-燃料ソリューションの大規模化には、ラマンテクノロジーなどの高度な分析ツールが不可欠になります。変動する条件下でも安定した品質を保証するラマン分光法は、グリーンアンモニアおよびグリーンメタノールの大規模製造の実現において重要な役割を果たします。

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