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第５回　化石燃料資源：天然ガス

配付プリント等

• 　３大化石燃料（Fossil Fuels）の１つである天然ガス（Natural Gas）は、メタン（Methane、CH4）が主要な成分です〔他にエタン（Ethane、C2H6なども含まれる）〕。従って、水素／炭素比（Hydrogen-Carbon Ratio）が最も大きいため〔水素／炭素比を原子比（Atomic Ratio：H/C）で比較すると、石油（Oil）は２弱、石炭（Coal）はほぼ１、そして天然ガスはほぼ４です。従って二酸化炭素発生量（CO2 Emission）の比は、石油を１とすると、石炭は１.４位、天然ガスは０.７位です。なお、重量当りの発熱量（Heat of Combustion）比は、石油：石炭：天然ガス＝1.73：1.00：1.83です〕、二酸化炭素の排出量が相対的に少ないために近年は消費量が増加しています。
  　天然ガスは、１）石油に随伴するもの、２）単独で存在するもの、３）地下水に溶け込んでいるもの、４）石炭に随伴するものなどがありますが、１）と２）が多くなっています。これらは、生物（Organism）を起源とするものであり、比較的に高い温度での有機化学反応（Organic Chemical Reaction）においてはメタンが生成され易くなるために、石油や石炭に伴うばかりでなく、さらにメタンのみで存在する可能性が高くなる訳です。無機起源（Inorganic Origin）のメタンも存在する可能性はありますが、その量は限られていると推定されます。
  　天然ガスは気体であるため、その運搬（Transportation）はパイプライン（Pipeline）による場合が多くなっています。パイプラインが利用できない場合には冷却して（−１６２℃）液体の状態でタンカー（Tank Ship、Tanker）運送され、これは液化天然ガス（Liquefied Natural Gas、LNG）と呼ばれます。日本の場合は輸入（Import）の全量がLNGとしてです。
  　日本において、ガスと言えばもう１つあります。それはLPG（Liquefied Petroleum Gas、液化石油ガス）です。主にプロパン（Propane、C3H8）またはブタン（Butane、C4H10）の場合が普通です。民生用に使われる都市ガスは主に天然ガス（メタン）から製造されますが、プロパンガス（Propangas）と呼ばれるものが主にLPG（プロパン）から製造されます〔これらを大気（窒素ガス７８％＋酸素ガス２１％などからなる）と比較すれば、都市ガスは軽く、プロパンガスは重いので、ガス漏れに対する対応が変わります〕。LPGは化石燃料（特に石油）の製造過程で生産されるものが大部分です。つまり、LPGは通常は一次エネルギーではありません。複雑なのは、一次エネルギー的に生産されるLPGもあり、必ずしも統計上で区別が明確でない場合がありますので注意が必要です（ただし、LNGとLPGを全量で比較すれば圧倒的にLNGが多い）。　
  　３大化石燃料は、いわゆる在来（Conventional）型です。現在はほとんどまたはまったく利用されていない非在来（Non-conventional）型^*と呼ばれる化石燃料も存在します。その代表的なものがオイルシェール（Oil Shale）とオイルサンド（Oil Sand）とメタンハイドレート（Methane Hydrate）です。オイルシェールは石油になりそこなったもの、オイルサンドは軽質成分が抜けた石油をイメージしてください。いずれも、石炭の開発方法と同様の方法による必要があります。埋蔵量は膨大であることが推定されていますが、問題がいろいろあります。ただし、一部の国では開発（Exploitation）が始まっています。メタンハイドレートは、メタン分子を複数の水分子が囲むような構造を持つ氷のような固体状のものです。ある程度の低温と高圧条件で生成しますが、世界中の海底および凍土（Permafrost）地域などで発見されています。日本周辺の海底からも発見されており、日本では特に将来の天然ガス資源として注目されており、その開発方法等が研究されています。
  

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  ^*近年は、とくに米国において、天然ガスの非在来型としてシェールガスが注目されています。これは、シェール（shale、頁岩:泥岩に近い）中に含まれるガスであり、水平坑井掘削技術および水圧破砕技術により、在来型と競争できるようになったものです（『天然ガスとは』のページの『シェール革命』を参照）。
• 『化石燃料資源：天然ガス』。講義内容は以下について。
  �@天然ガス：
  　１）石油随伴ガス（＝油田ガス）
  　２）単独のガス
  　３）水溶性ガス（＝微生物発酵メタン）
  　４）石炭随伴ガス（＝炭田ガス）
  　５）無機起源メタン
  �A埋蔵量と生産量：
  �B消費と流通：
  　１）パイプライン
  　２）液化天然ガス（LNG、Liquefied natural gas）〔約-162℃以下に冷却して液体にしたもので、体積は気体の約1/600。因みに、液体窒素の沸点は約-196℃で、絶対零度（＝0 K）は-273.15℃。つまり、℃＝K−273.15である。Kはケルビン（Kelvin）温度。〕
  �C化石燃料の比較：
  

  表3・4　化石燃料の比較（稲葉 1990）〔配布プリント2枚目から〕
  	石炭（一般炭）	原油	天然ガス
  発熱量〔kcal/kg〕	7000	10809	12800
  H/C比〔atom/atom〕	0.93	1.77	3.93
  CO2発生量〔g/kcal〕	0.408	0.286	0.212
  CO2発生量の比 （原油に対して）	1.43	1.0	0.74

  
  �D非在来型化石燃料：
  　１）非在来型石油
  　　・オイルシェール（Oil shale、油母頁岩、ゆぼけつがん）〔根源岩⇒石油になり損ねたもの〕
  　　・タールサンド（Tar sand）またはオイルサンド（Oil sand）〔貯留岩⇒軽質分が揮発⇒石油が劣化したもの〕
  　２）非在来型天然ガス
  　　・メタンハイドレート（Methane hydrate）〔水分子でできた籠の中にメタン分子が閉じこめられたもので、シャーベット状の氷となっている。ある程度の低温と高圧条件下で安定なため、日本列島周辺の海底にも分布する。〕
  　　・タイトサンドガス（tightsand gas）〔貯留岩⇒浸透率が低い〕
  　　・シェールガス（shale gas）〔根源岩〕
  　　・コールベッドメタン（coal bed methane、炭層メタン）
• 配布プリント3枚�C。出席票。
  【1枚目】
  表1.2-1、図1.2-1、図2.6-1、表4.5-3、4、8…『よくわかる天然ガス』（5,96,210,213p）
  表3.3、図3.23、図3.24、図3.25…『地球エネルギー論』（76,77,78,80p）
  【2枚目】
  図�V-6、表�V-5、表�V-6…『エネルギー2002』（106p）
  図4.5-1…『よくわかる天然ガス』（192p）
  表3.4…『地球エネルギー論』（82p）
  表2.5、表2.6、表2.7、表2.8、表3.5…『有機工業化学』（20,21、105-106p）
  図9-1…『メタンハイドレート』（225p）
  【3枚目】
  表4.5-4、9…『よくわかる天然ガス』（192,213p）
  図3.26、表3.5、表3.6…『地球エネルギー論』（83,84,86p）
  図3-1、図3-7、図5-3、図7-、表8-1、表8-2、表9-1…『メタンハイドレート』（40,67,106,192,198,226p）
• 紹介した参考図書：
  【天然ガス】
  �@（社）日本エネルギー学会天然ガス部会（編）（2008）：天然ガスのすべて．
  　　　おそらく、天然ガスについて分かりやすく書かれた唯一のもの。
  【メタンハイドレート】
  �A松本　良ほか（1994）：メタンハイドレート　21世紀の巨大天然ガス資源．
  　　　メタンハイドレートの全般的な説明をしたもの。お奨め。
  【LPG】
  �B日本LPガス協会（2013/3）：『日本のLPガス統計2015』（16p）．
  　　　日本LPガス協会の『ライブラリー』の中のページ。『LPガス読本』（83p）・『LPガスの概要』（16p）・『LPガスが担うエネルギーミックスへの貢献』（2012/5/15、48枚：2012/12/11、29枚）なども参照。

補足説明

全般	地球資源関連用語は『地球資源関連用語集』のページを参照。 地球科学用語は『地球科学用語集』のページを参照。

【化石燃料の比較】

【第112-4-1】天然ガスの環境特性　（出所） （社）日本ガス協会 資源エネルギー庁（HP/2011/5）による『エネルギー白書2010』から ※SO4はSO2（二酸化硫黄）の間違い。硫黄酸化物（SOx、ソックス）には一酸化硫黄（SO）や三酸化硫黄（SO3）などが含まれる。また、NO4はNO2（二酸化窒素）の間違い。窒素酸化物（NOx、ノックス）には、一酸化窒素（NO）や亜酸化窒素（N2O）などが含まれる。これらは酸性雨の原因物質となるが、一部（亜酸化窒素）は地球温暖化の原因物質（代表は二酸化炭素であるが）でもある。

【世界の需給（天然ガス）】

• 【第 222-1-7】地域別天然ガス生産量の推移　出典： BP「Statistical Review of World Energy 2013」を基に作成。	【第 222-1-9】天然ガスの消費量の推移（地域別）　出典： BP「Statistical Review of World Energy 2013」を基に作成。
  【第 222-1-11】日本・アメリカ・OECD 欧州における用途別天然ガス利用状況（2011年）　出典： IEA「Energy Balances of OECD Countries 2013」を基に作成。 【第 222-1-13】石油、天然ガスの貿易比率（2012年）　出典： BP「Statistical Review of World Energy 2013」を基に作成。	【第 222-1-12】世界の輸送方式別天然ガス貿易量の推移　（原典） Cedigaz, Natural Gas in the World。出典： BP「Statistical Review of World Energy 2013」等を基に作成。
  資源エネルギー庁による『エネルギー白書2014』から

【世界の需給（LPガス）】

• 【第 222-1-16】世界のLPガス地域別生産量　（注） 端数処理の関係で合計が 100％にならない場合がある。出典： World LP Gas Association「Statistical Review of Global LP Gas 2013」を基に作成。	【第 222-1-17】世界のLPガス地域別消費量　出典： World LP Gas Association「Statistical Review of Global LP Gas 2013」を基に作成。
  資源エネルギー庁による『エネルギー白書2014』から

【日本の需給（天然ガス）】

【第 213-1-8】天然ガスの国産、輸入別の供給量 出典： 経済産業省「資源・エネルギー統計年報」、「資源・エネルギー統計月報」、日本関税協会「日本貿易月表」を基に作成	【第 213-1-9】天然ガスの輸入先（2012年度） 出典： 日本関税協会「日本貿易月表」を基に作成	【第 213-1-10】LNG の供給国別輸入量の推移 出典： 日本関税協会「日本貿易月表」を基に作成	【第 213-1-11】LNG の電力、都市ガス用販売量の推移 出典： 経済産業省「エネルギー生産・需給統計年報」、財務省「日本貿易月表」、資源エネルギー庁「電力調査統計月報」「ガス事業統計月報」を基に作成
【第 213-1-12】LNG 輸入価格の推移 出典： 日本関税協会「日本貿易月表」を基に作成		【第 213-1-13】LNGの輸入価格と輸入全体に占める割合 出典： 財務省「貿易統計」、石油連盟「内外石油資料」を基に作成
資源エネルギー庁による『エネルギー白書2014』から

【日本の需給（LPガス）】

【第 213-1-14】LPG の国産、輸入別の供給量 出典： 経済産業省「資源・エネルギー統計年報」「資源・エネルギー統計月報」、日本関税協会「日本貿易月表」を基に作成	【第 213-1-15】LP ガスの輸入先（2012年度） 出典： 日本関税協会「日本貿易月表（年度・数量）」を基に作成	【第 213-1-16】LP ガスの用途別消費量の推移 出典： 日本 LP ガス協会ホームページ
【第 213-1-17】LP ガス輸入（CIF）価格の推移 出典： 日本関税協会「日本貿易月表」、経済産業省「資源・エネルギー統計年報」「資源・エネルギー統計月報」を基に作成		【第 213-1-18】LPGの輸入価格と輸入全体に占める割合 出典： 日本関税協会「日本貿易月表」、経済産業省「資源・エネルギー統計年報」「資源・エネルギー統計月報」を基に作成
資源エネルギー庁による『エネルギー白書2014』から

参考

【日本周辺のメタンハイドレート】

【第132-4-2】日本近海のメタンハイドレート分布	【第132-4-3】メタンハイドレート結晶構造の一部を構成する5角12面体
〔資源エネルギー庁による『エネルギー白書 2004年版』から〕

【ライフサイクルCO2排出量】

【炭化水素】（Hydrocarbon）

【エネルギー換算】

INTO（へ） FROM（から）		石油	熱量単位			固形燃料		天然ガス		電力
		106	1012 Btu	106 サーム	1012 カロリー	石炭 106t	褐炭 106t	109 m3	109 f3	109 kWh
石油	1×106 t	1	40	397	10,000	1.5	3.0	1.111	39.2	11.63
熱量 単位	1×1012 Btu	0.025	1	10	252	0.038	0.076	0.028	0.988	0.293
	1×106 サーム	0.0025	0.1	1	25.2	0.0038	0.0076	0.0028	0.0988	0.029
	1×1012 カロリー	0.0001	0.004	0.04	1	0.00015	0.0003	0.00011	0.00392	0.0012
固形 燃料	石炭 1×106 t	0.67	26.46	264.55	6,666.7	1	2	0.74	26.15	7.75
	褐炭 1×106 t	0.33	13.23	132.28	3,333.3	0.5	1	0.37	13.07	3.88
天然ガス	1×109 m3	0.90	35.71	357.14	9,000	1.35	2.70	1	35.3	10.47
	1×109 f3	0.026	1.012	10.12	255	0.038	0.076	0.028	1	0.296
電力	1×109 kWh	0.086	3.41	34.13	860	0.129	0.258	0.096	3.37	1
出所：BP統計もしくはその諸元に基づき作成 kcal Btu Therm Joule kWh 1,000 3,968 0.03968 4,187×103 1,163×10-3 0.252 1 1×10-5 1,055.06 2.9357×10-4 25,200 1×10-5 1 105.51×106 29.3 0.2388×10-3 0.9478×10-3 0.9478×10-8 1 2.7778×10-7 860 3,413 0.03413 3.6×106 1 1 Q＝1018 Btu≒25.2 B.t.o.e. 1 Quad＝1015 Btu≒25.2 M.t.o.e. Quadrillion＝1015（アメリカ）、1012（イギリス） 1 E.J.（Exajoule）＝1018 Joule＝23.9 M.t.o.e. 1 P.J.（Petajoule）＝1015 Joule （リンクはWikipedia） 松井（1994）による『新・エネルギーデータの読み方　使い方』から

原油換算表 　この換算表は省エネ効果算定のための数値で、診断報告書作成の便宜のため作成したものである。 定期報告書などの各種公式数値はそれぞれの算定方式に従うこと。 ※報告書作成用 上表は「エネルギーの使用の合理化に関する法律施行規則（経済産業省令第４４号、平成１８年９月１９日最終改正）」による。 （第４条を基準に省エネルギーセンターが作成した。） 1 燃料名称の先頭に*印をつけた燃料種等 �@上記施行規則別表第１〜別表第２に発熱量も記載されたものを示す。 �A電力は別表第３の昼間の電気として扱い、１kWh=9,970kJ とした。（燃料資源を消費する火力発電所の熱効率から 　求めた値を従来の値として一律に換算することとしている。） �B換算係数は別表第１〜別表第３記載の発熱量から発熱量 1,000万kJ = 0.258Kl 原油とし、燃料は小数点以下３桁目、 　熱供給等は５桁目、電力は４桁目を四捨五入している。この係数を乗じると原油換算値（kL）が求まる。 　*コンデンセート：超軽質原油の一種。主にガソリン、ナフサ、アロマティックス等の石油化学原料合成に用いられる。 2 都市ガスに関しては、ガスグループの代表的標準発熱量から上記施行規則の規程「1,000万kJ = 0.258Kl」で算出した。 ｛ガスグループの標準発熱量はガス事業便覧（平成１７年版、日本ガス協会）から選定した。｝ 3 報告書ではLPG使用量が?表示の場合は密度を 2.07kg/? として ton に換算する。 4 電力の昼・夜別計算は行わない。昼間の電気に対する値を用いる。また、この発熱量は受電端発電効率の改善により 更新されるので注意が必要である。 （株）J&Tシステムズ（HP/2011/5）による『原油換算表』から