鉄やコンクリート、衣服の繊維などと同様に生活に欠かせない身近な素材のひとつである「ガラス」。その製造方法は多種多様だが、近代以降に起こったイノベーションにより大量生産が現実のものとなった。

例えば、1950年前後に開発されたフロート法は、スズなどの溶融金属に溶けたガラスを浮かべることで、平坦で均一な厚さのガラス板を効率的に製造することを実現。こうして生まれたガラスは、建築や自動車などの業界で、日本の高度経済成長を支える重要な材料となってきた一方で、環境負荷が大きいという課題も抱えている。

ガラスの生産には大量の熱エネルギーを必要とする。例えば、ガラスを溶解させる大型炉の内部は、燃焼火炎からの加熱によって約1,600℃まで温度を上昇させる。一度炉を止めると再加熱に莫大なエネルギーを使うため、24時間365日稼働させることになる。化石燃料を使用するため、当然、それだけ大量の温室効果ガスを排出してしまう。

温室効果ガスの削減はいまや国際的な取り組みだ。2021年の国連気候変動枠組条約第26回締約国会議（COP26）では、気温上昇の幅を1.5℃にとどめる努力を追求することに世界の国や地域が合意している。気温上昇を1.5℃程度に抑えるには、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）によれば、世界の温室効果ガス排出量を2050年頃に正味ゼロにする必要があると試算されている。

こうした背景から、ガラス製造における温室効果ガス削減に挑戦してきた世界トップクラスのガラスメーカーが日本に存在する。ガラス、電子、化学品、ライフサイエンス、セラミックスの事業領域で新たな価値創造に挑戦するAGCだ。本記事では、AGCが温室効果ガス削減のために研究開発に取り組んできた過程と、実用化に向けて技術開発が進められているアンモニアの燃焼技術開発の歩みを追っていく。

「工業炉における燃料アンモニアの燃焼技術開発」の実証実験が進められている、AGC横浜テクニカルセンター。

AGC（当時の社名は旭硝子）の創業は明治末期、日本が急速に近代化するなかで西洋建築に不可欠な板ガラスの国産化に挑んだことから始まった。欧米からの輸入に頼っていた板ガラスを国内で生産できるようにしたことで、経済や産業の急成長を下支えしたと言えるだろう。

建築用ガラスや自動車用ガラス、テレビのブラウン管用ガラスバルブ、スマートフォンのカバーガラス……さまざまな分野で世界シェアNo.1を実現してきたAGCは、他方でその急成長の“負の側面”に直面する。それは、ガラスの製造は膨大な熱エネルギーを使用して地球に大きな環境負荷をかけてしまう、ということだった。

2021年、AGCは2050年に⾃社の⽣産⼯程において二酸化炭素排出のネットゼロを目指す、カーボン・ネットゼロ目標を発表。その翌年の2022年、モノがつくられて廃棄されるまでのサプライチェーン全体における温室効果ガスの排出量を算定・報告するために定められた国際的な基準「GHGプロトコル」に則り中間目標を設定した。

GHGプロトコルには、燃料の燃焼や工業プロセスなどによる温室効果ガスの直接排出量を示すScope 1、電気などのエネルギー使用によるScope 2、企業のサプライチェーンにおいて原材料の仕入れや販売後に排出される温室効果ガスを指すScope 3がある。AGCはマイルストーンとして、2030年までにScope 1と2で温室効果ガス排出量を30%削減、温室効果ガス排出量売上高原単位を50%削減、Scope 3では温室効果ガス排出量30％削減（2019年比）を目指すことを発表した。

現在、AGCはScope 1として排出している、年間約600万トンの温室効果ガスをいかに抑えるかが直近の課題となっている。

ガラス製造プロセスにおける年間約300万トン超の温室効果ガスをいかに削減するか──。AGCはこの課題の解決に向けて、2000年代初頭から研究開発を進めてきた。例えば欧州を皮切りに、1990年以降に燃焼する燃料を重油から天然ガスなどへと燃料転換したほか、新たな技術として酸素燃焼方式などを導入することで、生産1トン当たりのCO2排出量を2019年までにすでに30%削減することに成功した経緯がある。

溶解用電気ブースターの導入、脱炭素エネルギーである水素の導入……。脱炭素に向けてさまざまな技術開発に取り組んできたなかで、その重要な１つの取り組みがアンモニア燃焼技術だ。AGCでカーボンニュートラルの技術開発を推進している白井正信は、この技術について次のように語る。

AGC技術本部 先端基盤研究所 CN技術・戦略室所属 白井 正信氏

水素やアンモニアだけでなく、脱炭素に向けたクリーン燃料にはさまざまな種類がある。AGCではアンモニア一本で技術開発を進めるのではなく、あくまでひとつの“選択肢”として、アンモニアを大型炉の燃焼エネルギーとして活用できるか実証実験を始めた。

だが、かねて化学的にアンモニアが燃料として活用できることは知られていたはず。なぜこのタイミングで白羽の矢が立ったのか。

「明確な理由をお答えすることは難しいのですが、エネルギーとしての水素もアンモニアも、化石燃料より非常に高価なんです。従来の常識で考えれば、コストの高いエネルギーをわざわざ採用する理由がなかった。しかし、カーボンニュートラルに対する世間的な意識が高まるにつれて、製造業各社や政府が水素やアンモニアの燃焼技術に一気に着目しました」

日本政府も2050年のカーボンニュートラルを目指すために、2030年度の発電量のうち1%を水素・アンモニア由来にすることを掲げている。AGCは、まずは2030年のマイルストーンへ向けて技術開発と実用化検討を進めている。

燃料アンモニアの燃焼技術開発に取り組んでいるガラス溶解炉の様子。

では実際のガラス製造工程において、いかにアンモニア燃焼が用いられているのか。通常の板ガラスは、原料を約1,600℃の溶解炉槽で燃焼火炎によって溶かし、その溶融ガラスを板状に成形することでつくられている。

溶解炉の中で、化石燃料の燃焼により、CO2を大量に排出することが特徴だ。今回の実験では、燃料をすべてアンモニアに置き換えるのではなく、従来の燃焼方式にアンモニア燃焼を併用することにより温室効果ガスの排出削減の可能性を検証した、と白井は説明する。

「ガラス溶解炉までアンモニアを運んできて、約1,600℃の炉に酸素と一緒に投入するなんて、誰もやったことがないため、何が起こるかわかりません。そもそも設備が成り立つのか、炉内に供給して安定して燃焼するのか、それによって炉内の温度がどう変化していくのか……。今回の実験により、実用化に向けた見通しが少し開けてきたように思います」

なお、今回のアンモニアの燃焼技術開発は、AGCだけでなく複数機関が連携するかたちで実施されている。新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が2021年度〜25年の約5年間で実施しているプロジェクト“工業炉における燃料アンモニアの燃焼技術開発」の一部として、大陽日酸、AGC、産業技術総合研究所（産総研）、東北大学の4機関による共同開発実験だ。

この協業により、アンモニア燃焼技術における懸念点についてより深く議論できるようになったという。今回の実験の結果ではアンモニア漏えいなどの問題はなく、排ガス中のNOx濃度は規制値未満を維持し、溶解炉内での燃焼に成功したと言えるだろう。

「今回の実験を皮切りに、将来的には燃焼バーナーをよりスケールアップさせ本数を増やすことで、アンモニア燃焼の割合を増やしていけるはずです」

今回の実験の意義はガラス分野だけにとどまらない。ガラス溶解炉でアンモニアを導入できるのであれば、他用途の工業炉でのアンモニア燃焼技術の導入が期待できるというのが白井の見立てだ。

「ガラス溶解は他用途に比べて燃焼温度が高く、かつ製品が透明体なので極めて高い品質水準が求められます。難易度の高いガラス溶解炉でのアンモニア燃焼は、他の多種多様な工業炉での適用につながる大きな期待を背負ったチャレンジだと考えています」

アンモニアの導入に加えて、他の手段と組み合わせて排出削減を狙っていくことも重要なテーマだ。

「温室効果ガスを削減するには、技術だけでなく、社会的な仕組みとしても工夫の余地があると思うんです。例えば、CO2を排出する炭酸塩を含む原料を使用するのではなく、回収したカレット（ガラスの廃材）を原料としてリサイクルすることで、CO2排出量とともに投入エネルギー量も減らす有望な選択肢と考えています。リーディングカンパニーとして、サステナビリティの推進に対して模範的なモデルになれるよう、今後もベストな解を地道に模索していきたいですね」

「WIRED」日本版（WIRED.jp）より転載（2023.11.30）

※部署名・肩書は取材当時のものです