航空燃料になる成分を、量を落とさず増やした — 合成ガス触媒が越えた「作り分け」の壁

深堀AI・イノベ2026-09-12

執筆: KID

【科学・エネルギー技術】連載・AI・イノベ【科学・素材化学】中国【経済・旅客航空】

#SAF#持続可能な航空燃料#合成ガス#フィッシャー・トロプシュ合成#触媒#コバルト#マンガン#ゼオライト#航空#脱炭素

航空燃料になる成分を、量を落とさず増やした — 合成ガス触媒が越えた「作り分け」の壁

たくさん反応させるほど、欲しい長さの分子から外れていく。合成ガスから航空燃料を作る触媒には、そんな「量か、作り分けか」の壁がありました。

中国科学院上海高等研究院などの研究チームは、両方を同時に引き上げるコバルト・マンガン触媒を開発しました。
論文は2026年9月11日、Nature Communicationsに掲載されています。
成果は試験管の中だけでなく、粉末を粒状に固めた触媒、排ガスを戻すパイロット装置、年1,000トン規模の設備試験へ進んでいます。
ただし、ここでできたのは航空燃料に向く炭化水素の留分です。
そのまま旅客機へ給油できる完成品とは分けて読む必要があります。

82.8%を反応させ、67.5%を狙った長さへ寄せた

原料は、一酸化炭素と水素を主成分とする合成ガスです。研究チームは230℃、1.5メガパスカル、原料中の水素と一酸化炭素の比率を2対1にした条件で、一酸化炭素の82.8%を反応させました。

できた炭化水素のうち、炭素原子が8〜16個つながった成分の選択率は67.5%でした。
このC8〜16（炭素数8〜16）の範囲は、航空用ケロシンの主要な長さに重なります。
比較試験では、同じ金属を通常のシリカへ載せた触媒のC8〜16選択率は32.3%、未処理のBetaゼオライトでは47.8%でした。
金属の組み合わせだけでなく、土台の作り方が生成物の行き先を変えています。

ここで数字の分母をそろえることが重要です。
82.8%は原料の一酸化炭素が反応した割合、67.5%は生成した炭化水素のうち狙った炭素数へ進んだ割合です。
投入した原料の67.5%が完成SAFになった、という意味ではありません。
論文補足が示す同条件での「ジェット燃料収率」は55.9%です。

金属で鎖を伸ばし、穴と酸で長さを整える

使われたのは、コバルトとマンガンを、アルカリ処理したBetaゼオライトへ載せた触媒です。
反応中の測定では、金属状態のコバルト粒子と、原子単位で離れた部分酸化状態のマンガンが共存していました。
どちらか一方だけの比較触媒では、反応量かC8〜16への作り分けが弱く、二つが近くにあると性能が上がりました。

コバルト側は一酸化炭素をほどき、炭素の鎖を伸ばす中心になります。
マンガンとの組み合わせが、その反応の進み方を調整します。
さらにBetaゼオライトを軽く削ると、もともとの細い穴に加えて少し広い通路ができます。
生成途中の長い分子が詰まりにくくなり、適度に弱められた酸性の場所で枝分かれや長さの調整が進みます。

強く削ればよいわけではありません。
処理を強めた触媒は穴が増える一方、狙った成分の収率が最適点から下がりました。
反応させる金属、分子を運ぶ穴、形を整える酸性。
この三つのバランスが、量と作り分けの両立を支えています。

粉末の好成績を、装置で使える粒へ移した

粉末触媒は成績がよくても、そのまま大型装置へ詰めると圧力が上がり、熱も逃がしにくくなります。
研究チームは触媒を直径2ミリ、長さ5ミリの円柱状に成形し、10グラムを固定床反応器（触媒を動かさずガスを通す装置）で試しました。

成形後の定常運転では、一酸化炭素転化率67.3%、C8〜16選択率69.2%でした。
粉末の82.8%より転化率は下がったものの、狙った長さへの作り分けは維持されています。
成形材で穴がふさがれたり、局所的な高温で反応が暴れたりする問題を完全には避けられない中で、装置へ載せるための一段を越えた結果です。

さらに未反応ガスを入口へ3倍量戻すと、1回の通過だけでなく系全体として一酸化炭素転化率は92.4%まで上がりました。
液体生成物のうちC8〜16は78.9%、コバルト1グラム当たり1時間の生産性は5.154グラムです。
これは循環を含む別条件の数字で、粉末試験の67.5%と直接足し引きできません。

補足資料には、24時間、48時間、500時間後の触媒に付いた炭素量が大きく増えていないとの分析もあります。
一方、航空燃料設備は年単位で動きます。
500時間は有力な耐久データですが、交換周期や保守費を決めるにはまだ短い時間です。

年10万トンの試算は、実績ではなく前提の束

研究チームは、バイオマス由来の合成ガスから年10万トンのSAFを作る想定で経済性も試算しました。
固定投資は3億9,629万ドル、年間運転費は1億1,389万ドルです。
販売単価を1トン当たり2,950ドル、副産物も販売する前提では、減価償却前後の採算が成立するモデルになっています。

この金額は、稼働中の工場で確認した原価ではありません。
原料費は年間6,667万ドル、電力・蒸気・水素精製などのエネルギー費は2,778万ドルと置かれています。
原料の地域価格、設備稼働率、建設費、借入金利、認証費、販売契約が変われば結果も動きます。
研究成果の比較には役立ちますが、投資決定には現地条件での組み直しが必要です。

IATAは、2026年の世界のSAF生産量を約240万トン、航空燃料需要の0.8%と見込みます。
2050年に必要とする約5億トンとの差は250倍を超えます。
触媒の改善はこの差を縮める部品ですが、原料、再生可能エネルギー、工場、認証、長期購入契約まで同時に増えなければ、論文の生産性は供給量へ変わりません。

「航空燃料の範囲」と「飛ばせる燃料」は同じではない

C8〜16に入っていることは、蒸留する温度帯を狙えているという大切な前進です。
ただし航空燃料には、凍りにくさ、燃え方、密度、潤滑性、芳香族成分などの規格があります。
EASAは、バイオマスガス化とフィッシャー・トロプシュ合成の経路を技術成熟度6〜8と整理し、芳香族を含むかどうかも100%利用に関わると説明しています。

さらに「持続可能」は触媒だけでは決まりません。
石炭から作った合成ガスと、廃棄物や持続可能なバイオマスから作った合成ガスでは、同じ炭化水素でもライフサイクル排出量が違います。
水素の製法、ガス化に使う熱、土地利用、輸送まで含めて初めて排出削減を評価できます。

予算へ置くなら、販売量を段階ごとに細くする

この技術を事業計画へ入れる場合、論文の選択率をそのまま売上数量に掛けません。
まず年間投入量に稼働率を掛け、合成ガス精製で使える量を出します。
次に触媒反応の転化率と選択率、後段の分離・水素化・異性化の歩留まりを重ね、最後に燃料規格へ合格する割合を置きます。

投資は一括承認より、耐久運転、製品規格、ライフサイクル評価、長期購入契約の順に区切るほうが扱いやすくなります。
各段階で未達なら次の設備投資を止められます。
触媒価格が安くても原料調達が不安定なら工場は止まり、反対に製造原価が高くても長期の価格保証があれば資金調達の条件は変わります。

見立てと監視ポイント

• 長時間運転と不純物耐性 — 500時間を超える成形触媒の性能低下、硫黄やタールを含む実ガスでの交換周期、再循環による熱管理を追います。
• 完成燃料の規格と炭素強度 — C8〜16比率だけでなく、精製後の凍結点や芳香族、認証経路、原料別のライフサイクル排出量が公表されるかを確認します。
• 設備の実稼働と契約価格 — 年1,000トン設備の連続生産量から年10万トン級の最終投資決定へ進むか、試算の2,950ドル/トンを支える長期購入契約が付くかを見ます。

腹落ち確認の問い

液体生成物の78.9%が航空燃料と同じ炭素数になったとしても、事業計画の販売可能なSAF量を78.9%で置けないのはなぜでしょうか。

もっと詳しく知りたい人へ

• 原論文: Nature Communicationsの論文ページ — 掲載日、主要性能、二重活性点と細孔構造の結論を確認できます
• 実験と試算: 83ページのSupplementary Information — 成形、再循環、比較触媒、設備規模、投資・運転費の前提を追えます
• 市場の距離: IATAのSAF公式ページ — 2026年の供給見込みと2050年に必要な量、認証や原料の課題が分かります
• 技術経路: EASAのSAF解説 — 合成ガス経路の成熟度と、完成燃料に必要な成分を確認できます
• 航空会社の収益構造: 空運業業界基礎ガイド — 燃料単価が運賃、路線、利益へ伝わる仕組みを整理できます
• 供給側の産業構造: 石油・石炭製品セグメント分析_1_業態区分と市場規模 — 製造、精製、物流を含む供給網の全体像を確認できます