フィッシャー・トロプシュ法（Fischer-Tropsch・FT合成）とは？CO+H₂から合成燃料・ジェット燃料を作る仕組み

この記事では、クライメートテックの文脈で注目を集める持続可能な航空燃料SAF（Sustainable Aviation Fuel）の製造法の一つであるFT（フィッシャー・トロプシュ ） について解説します。

1. 概要
2. 原料:
3. 製造プロセス:
4. 他の製造法に対する優位性:
5. 課題:

概要

FT（フィッシャー・トロプシュ ） とは都市廃棄物、産業プロセス、木質/セルロース系バイオマスから供給された合成ガス を灯油などの炭化水素に変換することでSAFを製造する製造法です。

原料:

• フィッシャー・トロプシュ (Fischer-Tropsch) プロセスは、一般的には天然ガス（メタン）や石炭などの一次エネルギー資源を原料とします。このプロセスは、シンガス（一酸化炭素と水素の混合ガス）を生成し、これを燃料や化学原料に変換します。

製造プロセス:

• FT（フィッシャー・トロプシュ）製造プロセスは、以下の主要なステップで構成されます。
• ガス化: 天然ガスや石炭をガス化してシンガスを生成する。
• フィッシャー・トロプシュ反応: シンガスを触媒の存在下で反応させ、液体燃料や化学物質（炭化水素）を生成する。
• 分離: 生成物から目的の製品を分離する。

他の製造法に対する優位性:

• 原料の多様性:
  FT（フィッシャー・トロプシュ）プロセスは天然ガスや廃棄物、バイオマスなどのさまざまな原料を利用できるため、地域ごとの資源の有効な利用が可能です。
• 高い変換率:
  FT（フィッシャー・トロプシュ）プロセスは高い反応変換率を有し、効率的にシンガスを燃料や化学原料に変換できる。

課題:

• コスト: FT（フィッシャー・トロプシュ）プラントの建設と運転には高いコストがかかることがあります。
• エネルギー効率: シンガスの生成にはエネルギーが必要であり、その効率に関する課題があります。
• CO2排出: ガス化の段階でCO2が発生することがあり、その排出の管理が環境への影響に関連しています。

1. 商業化の進捗:

• FTプロセスは、石油以外の資源を利用して合成燃料や化学物質を生産する手段として商業化が進んでいます。一部の国では既に商業的に採用されており、特に石炭を原料とするプロジェクトがいくつか存在します。技術の進展と環境への配慮から、今後も研究と開発が進むことが期待されています。

SAF製造技術の比較：FT法 vs HEFA vs その他

FT合成の反応化学：触媒・温度・連鎖成長確率の読み方

FT合成は1925年にドイツのカイザー・ヴィルヘルム石炭研究所でフランツ・フィッシャーとハンス・トロプシュが見出した反応であり、合成ガス（CO＋H₂）を触媒上で逐次的に炭素連鎖へ組み上げる重合型の反応である。基本式は「CO＋2H₂ → −CH₂−＋H₂O」で表され、生成物は単一分子ではなくメタンからワックスまでの炭化水素の混合物になる。この「混合物ができてしまう」性質がFT法の設計上の最大の論点であり、ジェット燃料留分（概ねC₈〜C₁₆）をどれだけ取り出せるかが経済性を左右する。

生成物の分子量分布は連鎖成長確率（α）を用いたAnderson–Schulz–Flory分布で近似される。αが低いとガス・ガソリン留分に、高いとワックスに偏る。理論分布からの試算では、灯油・ディーゼル留分の単段収率はα=0.85前後でも40%程度が上限とされ、残るワックスを後段で水素化分解して目的留分に寄せる設計が一般的である。つまり「FT反応器の収率」と「プラント全体のジェット燃料収率」は別物であり、プレスリリースの数値を読む際はどちらを指しているかの確認が必要になる。

触媒と運転温度の組み合わせも押さえておきたい。

コバルト系は水性ガスシフト活性が低く、H₂/CO比が2前後に整った合成ガスを前提とする一方、単位触媒当たりの生産性とC₅⁺選択性に優れる。鉄系は安価でH₂/CO比の低いガス（石炭・バイオマス由来で生じやすい）にも対応しやすいが、シフト反応が併走するためCO₂副生が増える。いずれも硫黄被毒に極めて敏感で、合成ガス精製を数十ppb水準まで行う必要があるとされ、ここがバイオマス・廃棄物原料プラントにおける運転上の難所になる。反応は強い発熱反応でもあり、スラリー気泡塔、多管式固定床、マイクロチャネル型といった反応器形式の違いは、本質的には除熱と温度制御の設計思想の違いである。

「FT-SPK」が規格上どう扱われるか：芳香族ゼロという両刃の剣

FT法で得られる合成パラフィン系ケロシン（SPK）は直鎖・分岐パラフィンが主体で、芳香族と硫黄をほとんど含まない。これは燃焼時のすす（煤）生成が少なく、粒子数排出や収縮雲（コントレイル）に由来する非CO₂気候影響の低減にも寄与し得る点で有利とされる。一方で芳香族が少ないと燃料系統のシール材を膨潤させる作用（シールスウェル）が不足し、既存機体・給油インフラとの互換性が確保できない。このためASTM D7566において、FT-SPKは従来のジェット燃料への混合率に上限（一般に50%）が設けられている。芳香族を含むFT-SKA（合成ケロシン＋芳香族）の系統も規格化されているが、100%単独使用（いわゆる完全SAF）は、機体・エンジン側の認証を含めた別の課題として扱われている。

実務上の含意は明快である。SAFの普及目標を「混合率」で語る場合、技術側には規格上の混合上限があるため、目標値が高まるほど100%対応燃料と機体認証の進展が前提条件になる。航空会社や空港への供給計画を評価する際は、量だけでなく「どの規格Annexの燃料を、どの混合率で、どの受入設備に入れるのか」を併せて確認する必要がある。

Power-to-Liquid（e-SAF）におけるFT合成の役割と物量感

FT合成はバイオマス・廃棄物由来だけの技術ではなく、グリーン水素と回収CO₂から燃料を作るPower-to-Liquid（PtL／e-SAF）の中核工程でもある。この経路ではCO₂を逆水性ガスシフト（RWGS）や共電解でCOへ還元し、H₂と合わせて合成ガスを作ってFT反応器へ送る。原料が化石資源でなく「電力＋CO₂」に置き換わるだけで、後段のFT・水素化分解・分留は既存のGTL／BTL技術の延長線上にある点が、PtLが比較的早く実証段階に到達している理由の一つである。

物量感を量論計算から試算すると、炭化水素燃料1トンを作るにはCO₂が約3.1トン、水素が約0.4トン必要になる。水素1kgあたり電解電力を50kWh程度と置けば燃料1トンあたり約21MWh、CO₂回収・圧縮・合成・精製の電力と熱損失を加えると25〜30MWh程度になるという推計が成り立つ。ジェット燃料の低位発熱量（約43MJ/kg＝約12MWh/トン）と比べると、電力から燃料までの総合効率は概ね40〜50%の範囲に収まる計算であり、PtLの経済性が「安価な再生可能電力の確保」にほぼ一本化されることが数字から読み取れる。

年産1万トン規模のe-SAFプラントを想定すれば、CO₂約3万トン、水素約4,300トン、電力250〜300GWhという試算になる。これは中規模の工場排出源や相当量の再エネ電源とセットでなければ成立しない規模であり、立地選定が技術選定と同じ重みを持つことを意味する。

日本企業の実務への示唆：原料・立地・オフテイクの三点検証

日本ではFT法に関し、天然ガスを原料とするGTL技術の実証（新潟での実証運転を含む国内コンソーシアムによる取り組み）を通じて、改質・FT・アップグレードの一貫運転知見が蓄積されてきた経緯がある。この技術資産は、原料を廃棄物・バイオマス・回収CO₂に差し替えるSAF事業へ応用し得る一方、ガス化と合成ガス精製という上流工程が新たなボトルネックになる。実務では以下の三点を分けて検証することが有効である。

制度面では、国際民間航空機関（ICAO）のCORSIAがSAFによる排出削減の算入を認めており、欧州のReFuelEU Aviationは混合義務の中に合成燃料（e-SAF）の個別小目標を置いている。合成燃料に別枠が設けられるのは、HEFAが原料制約で早期に上限に達するとの見方があるためで、FT法とPtLはこの「HEFA以降」の供給を担う技術として政策的に位置づけられている。日本企業にとっては、廃食油の調達競争に参入するよりも、廃棄物ガス化やCO₂利用を含むFT系の技術・エンジニアリング・設備供給で付加価値を取る戦略の方が、資源制約の面で整合的な選択肢になり得る。

価格評価の際は、リットル当たりの単価だけでなく、CO₂削減1トン当たりのコスト（削減費用）に換算して比較することが望ましい。削減率と単価、既存ジェット燃料価格の三つが揃わなければ、炭素価格やSAF義務の罰則水準と比べた妥当性は判断できない。設備投資の意思決定でも、認証取得に要する期間（規格Annexへの適合、ISCC CORSIA等の持続可能性認証）を工程表に織り込んでおくことが実務上の要点となる。

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