米国のアンモニア生産競争力向上のためのバイオガス利用の技術経済・地理空間分析

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a comprehensive techno-economic and geospatial framework for comparing ammonia production technologies, extensible to other chemical processes.

🏢実務担当者:Offers actionable cost benchmarks and technology selection guidance for companies considering biogas-based ammonia production or retrofitting existing plants.

🏛政策担当者:Highlights the role of waste-derived feedstocks in enhancing energy security and reducing emissions, informing state-level industrial and climate policies.

米国のアンモニア産業は、アンモニアの主要原料である天然ガス価格の変動や、米国がアンモニアの純輸入国であることに起因する地政学的リスクなど、脆弱性に直面している。本稿では、埋立地ガスや農業廃棄物などの廃棄物由来バイオガスから地元でのアンモニア生産を増強することで、これらのリスクを部分的に相殺する見通しについての詳細な研究を提示する。Aspen Plusにおける厳密なプロセス設計と技術経済評価を用いて、水素製造によるバイオガス由来アンモニア生産において、新興技術（オートサーマルリフォーミング、接触部分酸化、メタン熱分解、ケミカルルーピング）と従来技術である水蒸気メタン改質（SMR）を比較した。結果は、バイオガス供給からのアンモニア生産のエネルギー効率がメタンベースで33.6%から67.7%の範囲であり、天然ガス供給について報告されている値（57%）を包含し、スタンドアロンおよびレトロフィットのドロップインソリューションへの道筋を示していることを示している。生産コストは技術経路によってかなり異なり、原料費や設備投資などの共通の要因がそれぞれ40%以上、22%以上を占めた。バイオガスベースのSMRは、最低アンモニア販売価格（MASP）が$510 t⋅NH₃⁻¹と最も低く、次いでケミカルルーピングリフォーミング（$568 t⋅NH₃⁻¹）となった。メタン熱分解は、カーボンブラック副生成物を燃焼させて熱エネルギー需要を満たすことで、60.7%（バイオガスベース）の最高エネルギー効率を示し、次いでSMR（59.4%）となった。さらに、地理空間感度分析を通じて、規模の経済が州レベルのMASP差の主要因であり、カリフォルニア州などの電力価格が高い州では電力コストも重要な役割を果たすことを示す。テキサス州は、5つの技術オプションのうち4つで最低のMASPを示した。この研究は、米国で新しいアンモニア施設を開発したり、既存施設をレトロフィットしたりしようとする利害関係者にとって実用的な関連性がある。我々の技術評価は、世界中の他のアンモニアプロジェクトにも関連する。本研究は、エネルギー効率と経済分析を含む比較技術評価のための包括的な方法論を概説しており、コモディティ化学品や燃料を製造する他のプロセスにも拡張可能である。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The US ammonia industry faces vulnerabilities, including volatility in the prices of natural gas – the primary feedstock for ammonia – and geopolitical risks, given that the US is a net importer of ammonia. This paper presents detailed studies on the prospect of partially offsetting these risks by boosting local ammonia production from waste-derived biogas, such as landfill gas and agricultural waste. Rigorous process design in Aspen Plus and technoeconomic evaluation were used to contrast emerging technologies (autothermal reforming, catalytic partial oxidation, methane pyrolysis, chemical looping) with the conventional technology, steam methane reforming (SMR), for hydrogen generation to produce biogas-derived ammonia. The results show that the energy efficiency of producing ammonia from biogas feed ranges from 33.6 to 67.7% on a methane basis, encompassing the reported value for natural gas feed (57%), demonstrating a pathway to standalone and retrofit drop-in solutions. Production costs varied considerably across technological pathways, with common drivers such as feedstock costs and capital investment accounting for 40%+ and 22%+, respectively. Biogas-based SMR shows the lowest minimum ammonia selling price (MASP) of $510 t⋅NH 3 -1 , followed by chemical looping reforming ($568 t⋅NH 3 -1 ). Methane pyrolysis showcases the highest energy efficiency of 60.7% (biogas basis) by combusting carbon black byproduct to meet thermal energy demand, followed by SMR (59.4%). Further, we show through geospatial sensitivity studies that economies of scale are the major driver for state-level differences in MASP, with electricity cost also playing a significant role in states with high electricity prices, such as California. The state of Texas shows the lowest MASP for four out of five technology options. This work has practical relevance to stakeholders looking to develop new ammonia facilities in the US or retrofit existing ones. Our technology evaluations are also relevant to other ammonia projects worldwide. This study outlines a comprehensive methodology for comparative technology evaluation, including energy efficiency and economic analyses, that is extensible to other processes for manufacturing commodity chemicals or fuels.

• openalex https://doi.org/10.26434/chemrxiv.15004730/v1first seen 2026-07-04 04:40:51