持続可能な航空燃料の製造プロセスは、単一の固定されたフローシートというものではありません。生産者は、さまざまな技術群を用いて、脂質、固体バイオマス、アルコール、あるいは再生可能水素や回収されたCO₂を、ジェット燃料として使用可能な炭化水素に変換することができます。各製造ルートには、それぞれ独自の原料前処理、反応順序、精製要件、ユーティリティ需要、認証プロセス、およびスケールアップのリスクがあります。
持続可能な航空燃料は、実際にはどのように生産されているのでしょうか？どのプロジェクトも、4つの基本的な工程を完了する必要があります。それは、トレーサビリティを確保した原料を準備すること、その炭素を炭化水素に変換すること、タービン燃料の特性に合うよう分子構造と沸点範囲を調整すること、そして得られたブレンド成分を適用される燃料規格に基づいて認定することです。HEFA、フィッシャー・トロプシュ合成を伴うガス化、アルコール・トゥ・ジェット、パワー・トゥ・リキッドは、それぞれ全く異なる設備と経済性を通じて、その最終目標に到達します。
製造プロセスの概要
一連の工程は、反応器の前から始まり、実験室での試験が終わるまで続きます。以下の手順は、製造方法によって使用する装置や不純物は異なりますが、主要な持続可能な航空燃料の製造方法全般に適用できるほど包括的なものです。
原料の適格性 — 原産地、組成、ばらつき、トレーサビリティ、および対象市場で求められるライフサイクル評価手法を確認する。
飼料の調製 — 水、固形物、塩類、金属、硫黄、窒素化合物、タール、またはその他のルート特有の触媒毒を除去する。
一次変換 — 油から酸素を除去したり、固体をガス化したり、アルコールから水分を取り除いたり、あるいは再生可能水素と回収した炭素を結合させたりすること。
炭素鎖の構築と高度化 — 分子を合成、分解、水素化、異性化して、ジェット燃料の沸点範囲に調整する。
分離と分画 — ガスと水を分離し、可能な場合は水素を回収し、ナフサ、ジェット燃料、ディーゼル燃料の各留分に分離する。
テスト、ブレンド、リリース — ルートごとの特性を確認し、許容範囲内でブレンドを行い、完成した燃料が所定の航空規格に適合しているかを確認する。
原料の適格性と技術的承認は、別個の審査対象です。ASTMの承認は、定義された変換経路によって安全な合成ブレンド成分を製造できることを確認するものです。一方、持続可能性の枠組みでは、原料の由来、トレーサビリティ、ライフサイクルにおける温室効果ガス排出量、土地利用への影響、その他の環境基準について個別に審査が行われます。
持続可能な航空燃料の生産方法の比較
ICAOは現在、FT、HEFA、ATJ、SIP、触媒水熱分解、および製油所での共同処理など、いくつかのバリエーションを含む11の承認済み転換プロセスをリストアップしている。業界では、これらのプロセスを4つの主要な技術グループに分類することが多い。というのも、これらのグループ間でプラントの設計や資源要件に最も大きな違いが見られるためである（ICAO, 2026).
主要なルートファミリーとその処理ロジック
| ルートファミリー | 代表的な原料 | 主要プロセスチェーン | 営業職 | 主要な制約条件 |
|---|---|---|---|---|
| HEFA | 使用済み食用油、動物性油脂、対象となる植物油および廃油 | 前処理 → 水素脱酸素化 → 水素分解・異性化 → 分留 | 商業的に最も成熟している | 適格な脂質供給、水素、および原料のばらつき |
| ガス化＋FT | 農林業残渣、選別済みの一般廃棄物、その他の炭素系原料 | 前処理 → ガス化 → 合成ガスの精製 → FT合成 → 製品の高度化 | 認証済み。廃棄物およびバイオマス分野における限定的な商業展開 | 資本コスト、原料の物流、ガスの浄化、および稼働率 |
| ATJ | エタノール、イソブタノール、および当該ルートに該当するその他のアルコール | 精製 → 脱水 → オリゴマー化 → 水素化 → 分画 | 初期段階における商業規模への拡大 | アルコールのコストと炭素強度、水素、および変換収率 |
| PtL / e-SAF | 再生可能エネルギーによる電力、水、および回収されたCO₂ | 電気分解 → CO₂への転換 → 合成ガスまたはメタノール → 合成および精製 | 実証および初期段階のプロジェクト開発 | クリーン電力のコスト、利用状況、効率、CO₂の供給源、および認証取得経路 |
HEFA：油脂の転換
HEFAの原料は、まず、供給される油の種類に応じて、ろ過、脱ガム、乾燥、および不純物除去の工程を経ます。浄化された脂質は水素と反応し、酸素が主に水として、また触媒や条件によっては一酸化炭素や二酸化炭素として除去されます。これにより、長いパラフィン系分子が生成されます。その後、ハイドロクラッキングおよびハイドロ異性化により、鎖長や分岐構造を調整し、製品がジェット燃料の沸点範囲および低温性能の要件を満たせるようにします。分留により、ジェット燃料が再生可能ディーゼル、ナフサ、およびより軽質の製品から分離されます。
主なトレードオフは、ジェット収率とクラッキングの度合いです。クラッキングを強めれば、ジェット分画の低温流動性は向上しますが、その分、軽質製品がさらに生成される可能性があります。したがって、原料の品質、水素消費量、製品構成、および触媒の寿命を総合的に最適化する必要があります。本記事ではHEFAについて比較レベルで解説しており、脂質の詳細な前処理、水素ループ、および触媒の順序については、JALONの別記事で扱われています。 HEFAプロセスガイド.
ガス化とフィッシャー・トロプシュ法：合成ガスからの炭素の再合成
ガス化プロセスは、液体ではなく固体から始まります。バイオマスや廃棄物は、ガス化炉に投入する前に、選別、破砕、乾燥、場合によっては高密度化を行う必要があります。熱、酸素、蒸気によって、原料は水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、粒子状物質、タール、硫黄化合物、窒素化合物、および微量の不純物を含む合成ガスに変換されます。FT触媒は合成ガスの品質を厳密に管理する必要があるため、浄化工程は不可欠です。
精製後、合成のために水素と一酸化炭素の比率が調整される。フィッシャー・トロプシュ触媒は、合成ガスから長い炭化水素鎖を生成し、その後、水素化分解および異性化により、ワックスやより重質な生成物をジェット燃料グレードの分子に変換する。このプロセスでは、HEFAには不向きな豊富な残渣を利用できますが、プロジェクトでは、不均質な原料、固形物の物流、酸素需要、ガス化装置の信頼性、合成ガスの精製、そして資本集約的なアップグレーディング工程を管理する必要があります。したがって、「あらゆるバイオマス」というだけでは、適切な原料仕様とは言えません。
アルコール・トゥ・ジェット：アルコールからより長い鎖を合成する
ATJは、生物由来、廃棄物由来、または合成由来の精製アルコールを原料として製造されます。脱水反応により、アルコールは対応するアルケンに変換されます。すなわち、エタノールはエチレンに、イソブタノールはイソブテンになります。オリゴマー化により、これらの小分子がより長い鎖に結合され、水素化により生成物が飽和化され、分留により所望のジェット燃料範囲が分離されます。製造経路や生成物の組成によっては、さらなる異性化や仕上げ処理が必要になる場合があります。
この手法では、既存のアルコール生産および物流インフラを活用できるが、アルコールの炭素強度は、精製プラントと同様に重要な要素となる。発酵に必要なエネルギー、農業投入資材、土地利用の想定、電力、水素、炭素回収、輸送といった要素はすべて、ライフサイクル評価の結果に影響を与える。したがって、プロジェクト評価においては、購入するエタノールを画一的な商品として扱うのではなく、アルコール製造プラントとATJプラントを、物質・エネルギー・排出量の単一モデルとして統合して検討すべきである。
Power-to-Liquid：再生可能水素と回収された炭素の融合
PtLでは、再生可能エネルギー由来の電力を用いて、水の電気分解により水素を製造します。回収されたCO₂は精製・加圧された後、逆水ガスシフトなどの変換工程を経て水素と結合させ、合成ガス（シンガス）を生成するか、あるいはメタノール合成に利用されます。その後、この中間生成物は、FT（フタレン化）、メタノール由来の化学反応、またはその他の適格な経路を通じて変換され、ジェット燃料として利用可能な燃料へと高付加価値化されます。
PtLはそれ自体が単一のASTM附属書ではなく、これに対して単一の汎用的な混合制限値を割り当てるべきではありません。認証は、合成混合成分の製造に使用された下流の変換プロセスに基づいて行われます。また、気候性能も条件付きです。すなわち、電力の炭素強度、電解槽の利用率、水素の圧縮、CO₂の供給源、変換効率、および熱統合などがすべて重要となります。安価な電力だけでは、競争力のある、あるいは低炭素なe-SAFプラントが実現できるとは限りません。
異なるルートに共通するプロセスブロック
飼料の調製は、消化吸収セクションを保護する
原料ごとに、不純物の組成は異なります。脂質には、水、リン、塩類、金属、遊離脂肪酸、酸化生成物が含まれる場合があります。バイオマス由来の合成ガスには、粒子状物質、タール、硫黄、アンモニア、塩化物、アルカリ、過剰な二酸化炭素が含まれる場合があります。アルコール原料には、水や発酵副産物が含まれる場合があります。回収されたCO₂および電解水素については、合成プロセスに適した純度および水分管理が必要です。
これらのストリームには、画一的な吸着剤やガードベッドの構成を適用すべきではありません。適切な設計は、測定された組成、圧力、温度、流量、汚染物質の負荷量、要求される出口仕様、および再生戦略に基づいて行われます。単に別のSAFフローシートに記載されていたという理由だけで、ある吸着剤グレードを標準として扱うことは、はるかに高価な触媒セクションに汚染リスクを転嫁することになりかねません。
アップグレードによりジェット燃料のような特性が生まれる
一次転換工程から、完成したジェットブレンド成分が直接得られることはめったにありません。HEFAおよびFT製品には、多くの場合、制御された分解および異性化を必要とする直鎖パラフィンや重質ワックスが含まれています。ATJは、小さなアルケンからより長い鎖を構築し、それを水素化しなければなりません。PtLは、選定された下流工程の精製要件を引き継ぐことになります。
この段階が重要である理由の一つは、低温流動性能にある。ジェットAとジェットA-1では、最大凝固点に関する要件が異なり、一般にそれぞれ−40°Cおよび−47°Cと定められている。分子分岐度を高めると、一般的に低温特性は向上しますが、水素クラッキングが過度になると、原料がナフサや軽ガスへとシフトし、ジェット燃料の収率が低下します。したがって、触媒の選択性、温度、水素圧力、空間速度、および原料の純度は、個別に最適化するのではなく、システムとして総合的に評価する必要があります。
分留工程によって販売可能な製品のラインナップが決まる
SAFプラントでは通常、複数の炭化水素留分が生産されます。蒸留およびガス分離工程により、軽質ガス、ナフサ、ジェット燃料範囲の原料、ディーゼル燃料範囲の原料、未変換の中間生成物、水、およびリサイクル流が分離されます。経済モデルでは、原料1トンすべてが航空燃料になると仮定するのではなく、すべての副産物について現実的な収率を用いる必要があります。また、再生可能燃料プラントでは、相対的な価格や政策上の価値の変化に応じて、ディーゼル燃料やジェット燃料の生産を優先するよう、操業条件を変更することもあります。
持続可能な航空燃料技術の選び方
ルートは、その立地が持つ最大の資源的優位性と、最も大きな制約条件を踏まえて選定すべきである。原料価格だけでは不十分である。なぜなら、輸送半径、価格変動、保管、前処理、ユーティリティ、資金調達、認証、製品の柔軟性といった要素が、一見したコスト上の優位性を覆す可能性があるからである。
| 選定基準 | 回答すべき質問 | なぜルート決定が変わるのか |
|---|---|---|
| 原料と物流 | 追跡可能な年間取扱量はどれくらいか？組成のばらつきはどの程度か？どのような輸送・保管が必要か？ | 前処理負荷、プラント規模、稼働率、およびライフサイクルにおける成果を決定する |
| ユーティリティ | 水素、低炭素電力、酸素、蒸気、水、およびCO₂は、必要な品質で確保できるでしょうか？ | 運用コストと排出量の両方を抑えることができる |
| 既存資産 | 製油、アルコール、ガス化、水素、貯蔵、あるいは混合のためのインフラは再利用できるでしょうか？ | 資本コスト、スケジュール、統合リスク、および製品の柔軟性に影響を与える |
| 技術の成熟度 | 提案された規模は、運用上の参考資料、保証、およびライセンサーのデータによって裏付けられていますか？ | 試運転リスク、資金調達条件、および生産立ち上げの想定を管理する |
| ライフサイクルにおける炭素排出量 | どのような方法論および認証スキームが適用されるのか？ 土地利用、電力、水素、および副産物については、どのような前提条件が設けられているのか？ | 当該製品が、意図された規制上の価値または自主的な価値を獲得しているかどうかを判断する |
| 製品および認証 | どのASTM附属書が適用されますか？ どのような混合制限、芳香族含有量、製品ラインナップ、およびターゲット市場が求められますか？ | テストプログラムと収益モデルを設定する |
製油所由来の水素を豊富に含む脂質豊富な地域では、HEFAが適している可能性がある。大規模かつ安定した残渣ストリームを管理できる拠点では、ガス化-FTの導入が妥当となる。確立された低炭素アルコールの供給体制があれば、ATJを支えることができる。PtLは、再生可能エネルギーが豊富で、電解槽を高稼働率で運転でき、適切なCO₂源が確保されている地域において、より現実的な選択肢となる。これらはあくまで出発点であり、絶対的な答えではない。資金調達可能な選択肢を決定するには、依然として立地ごとの物質収支およびエネルギー収支の検討が必要である。
認証、ブレンド、およびサステナビリティに関する認定
ASTM D7566には、承認された合成航空燃料のブレンド成分に関する附属書が含まれています。各附属書では、適用可能なプロセス条件、組成要件、および最大ブレンド比が定義されています。広く採用されているHEFA-SPK、FT-SPK、およびATJ-SPKプロセスでは、最大50%までのブレンドが可能ですが、SIPおよびHC-HEFA-SPKでは10%に制限されています。ICAOはまた、異なる制限値を持つD1655の共処理プロセスを列挙しており、特定の脂肪、油脂、グリース、およびFT炭化水素については5%、定義されたHEFA共処理プロセスについては10%が設定されています（ICAO, 2026).
承認された合成成分を混合し、完成したバッチが適用される仕様を満たした後、その燃料は従来の仕様に準拠したジェット燃料として再認定される。100% SAFを使用した実証飛行を行っても、現在の路線ごとの商用混合制限が解除されるわけではない。より広範な未混合での使用には、燃料特性、材料適合性、燃焼器の稼働性、排出ガス、および取り扱い性能に関する追加の認定が必要となる。
技術的な要件を満たすだけでは、サステナビリティの主張を立証したことにはなりません。CORSIAや地域ごとの制度では、ライフサイクル排出量、対象となる原料、トレーサビリティ、認証、検証について、それぞれ個別の規則が定められています。プロジェクトでは、原料契約やプロセス設計を確定する前に、ターゲット市場と算定システムを明確にしておく必要があります。
制作プロジェクトでよくある失敗の原因
公表された生産能力は、生産量として扱われます。
定格能力には、稼働開始の遅れ、稼働率の低下、原料の不足、あるいは製油所がSAFの代わりに再生可能ディーゼルを選択する場合などは考慮されていない。
原料の仕様が広すぎます。
「廃油」、「バイオマス」、あるいは「回収されたCO₂」だけでは不十分です。変動性や不純物の有無によって、前処理、触媒への接触時間、収率、および稼働停止時間が左右されます。
実験室での収率が財務モデルとなる。
商業バランスには、製品の分離、リサイクル、触媒の経年劣化、立ち上げ時の損失、操業停止時間、副産物、および規格外材料を含める必要があります。
認定は最後に回す。
プロジェクトの定義段階において、具体的な原料、製造プロセス、付属文書、混合比率の制限、試験プログラム、および目標とする認証スキームを明確に定めなければならない。
吸着剤および触媒は、一般的なデータシートから選定される。
静的容量や表面積だけでは、プロジェクトにおける実際の圧力、温度、汚染物質、および再生サイクル下での動作性能を保証するものではありません。
精製および触媒材料の指定
材料の選定は、処理流体の仕様から始まります。乾燥や精製用途の場合、見積依頼書（RFQ）には、組成、相、圧力、温度、通常および最大汚染物質負荷量、要求される出口レベル、流量範囲、サイクル時間、再生方法、粒子径の制約、許容圧力損失、および機械的強度要件を明記する必要があります。ゼオライトを含む触媒材料の場合、骨格タイプ、シリカ対アルミナ比、結晶粒径、酸性度、バインダー系、金属成分、および活性化手順のすべてが性能に影響を与える可能性があります。
JALONは、以下の初期スクリーニングを支援することができます。 SAF関連用途向けのゼオライト材料および分子ふるい製品。実際のストリーム条件、目標とする製品特性、およびライセンサーの要件を共有してください。これにより、技術チームが候補となるグレードを特定し、利用可能な特性評価データやバッチ文書を提供し、適切なサンプル検証計画を策定できるようになります。最終的な材料の承認は、用途固有の試験およびプロセス・ライセンサーまたはEPCの設計基準に基づいて決定されるべきです。
参考文献
- 国際民間航空機関（ICAO）。 SAFの転換プロセス。2026年アクセス。
- 米国エネルギー省。 商業化への道筋：持続可能な航空燃料. 2024.
- 米国エネルギー省。 持続可能な航空燃料：技術的経路のレビュー. 2020.
- 米国エネルギー省、代替燃料データセンター。 持続可能な航空燃料。2026年アクセス。
- 国際航空運送協会。 持続可能な航空燃料. 2026.
- 国立再生可能エネルギー研究所。 持続可能な航空燃料の業界動向レポート. 2024.
- ASTMインターナショナル。 ASTM D7566：合成炭化水素を含む航空タービン燃料の標準仕様.
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