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高温ガス炉　世界で開発競争
脱炭素へ水素製造に期待　核燃料の処分課題

(出典) 朝日新聞朝刊/2024年08月23日

　2005年のカーボンニュートラル実現に向けて、政府が開発に力を注ぐ「次世代革新炉」。
その一つ、高温ガス炉は脱炭素で重要になる水素を作り出せると期待される。　日本原子力
研究開発機構は、今年度中にも国内唯一の試験研究炉「HTTR」(茨城県大洗町)への、
水素製造施設の増設を原子力規制委員会に申請する。
HTTRの格納容器内で設備の概要を説明する日本原子力
研究開発機構の篠崎正幸・高温ガス炉研究開発センター長



　4月末、HTTRの原子炉格納容器の中に入ると、ヘリウムガスが流れる銀色の
配管や大型の設備が所狭しと並んでいた。

　通常の原発(軽水炉)が水で原子炉を冷やすのに対して、高温ガス炉はヘリウムガスで
冷やす。　軽水炉より高温の熱を取り出せる。　発電に加え、地域暖房など幅広い目的で
活用できるといい、特に期待されるのが水素製造だ。

　水素は貯蔵や輸送が可能で、電気や熱を取り出すときに二酸化炭素(CO2)が出ない。
高温の熱を使えば、大量の水素を安定的に製造できると期待されている。

　今回、原子力機構は、メタンを水蒸気と反応させて水素を作る製造施設を増設する方針
だ。　ただ、この方法はCO2が出てしまうため、ヨウ素と硫黄の化学反応で水素を作る方法
も研究している。

　中国では今年3月から、山東省にある実証炉で加熱した温水を地域暖房に使うプロジェク
トが始まった。　米国では、原子力関連企業「X-エナジー」などがワシントン州で30年までに
高温ガス炉の運転開始をめざす方針を示している。

　英国は30年代初期の実証炉の運転開始をめざしている。　中部ハートルプールが建設
候補地とされ、原子力機構は英国国立原子力研究所とともに基本設計や核燃料開発に取り
組んでいる。

　原子力機構の坂場成昭・高温ガス炉プロジェクト推進室長は「世界的な競争になっている
ので、とにかくスピードをあげたい」と強調。　政府は、30年代後半に経済性を検証する
「実証炉」の運転を開始するとして昨年7月、実証炉の基本設計の中核企業に三菱重工業を
選んだ。　坂場室長は「高温ガス炉と水素製造施設の接続技術を確立して、実証炉にいかし
たい」と語る。
　
　高温ガス炉が注目されるもう一つの特徴が「非常に優れた安全性」(原子力機構の
　篠崎正幸・高温ガス炉研究開発センター長)だ。

　原発の事故時は「止める」「冷やす」「閉じ込める」の三つの対応が重要とされる。　東京電力
福島第一原発事故では、制御棒を挿入して核分裂反応を「止める」ことはできたが、電源を
失い、「冷やす」ことができなくなった結果、核燃料の溶融や水素爆発が起きた。

　HTTRは今年3月、「止める」「冷やす」の二つができない事故を模擬した試験を行った。

　3万キロワットの出力100%の状態から原子炉を冷やすヘリウムガスの循環を停止。　核分
裂反応を抑える「制御棒」も挿入しなかったが、出力は数分で10%程度に下がり、その後17
時間にわたって安定状態が続くことを確認した。

　原子力機構によると、高温ガス炉に使う黒鉛は温度が上がりにくい性質を持つため、事故
時でも原子炉の温度上昇は緩やかとされる。　ヘリウムガスの循環が止まると核燃料の温度
は上昇するが、高温になると核分裂は続かなくなるため、出力は自然に下がる　さらに、原子
炉圧力容器は外側に自然に放熱できる設計にしているため、安定状態の維持が可能という。

　篠崎センター長は「福島の事故よりもはるかに厳しい試験だったが、自然現象のみで安定し
た状態を維持できることを実証した」と強調する。
　
　ただ、実用化に向けた課題を指摘する声もある。　使用済み核燃料をどう処分する
　かだ。　日本は使用済み核燃料をすべてち再処理する方針を維持しているが、日本
原子力学会の高温ガス炉の専門委員会メンバー、更田豊志・前原子力規制委員長は「高温
ガス炉の核燃料は再処理がしづらい。　コストが問題になるだろう」と語る。

　高温ガス炉の核燃料は、ウランをセラミックで覆った直径約1ミリの粒子を焼き固めたもの。
放射性物質を閉じ込める機能は優れるが、そのぶん再処理に手間がかかるとみる。　再処理
施設だけでなく、核燃料の製造工場や貯蔵施設といった「インフラ」を高温ガス炉向けに整え
る必要があるという。

　原子力機構によると、HTTRは建築費が846億円、さらに安全対策が強化された新規制
基準への対応で1.2億円がかかった。　加えて、政府は今年度予算で実証炉の基本設計など
の事業費を274億円としている。

　今年3月の衆院経済産業委員会で実証炉の運転開始までと開始後の事業費を問われた
斎藤健経産相は「立地条件、審査結果によっても変わるため、現時点で見通しを示すことは
難しい」と述べた。

　質問した共産の笠井亮議員は、事業費の見通しがないまま開発を進めることを問題視。
「緊急にCO2の大幅削減が求められている。　いまある省エネや再エネにこそ資源や予算を
厚く配分すべきだと指摘した。
(福地慶太郎)


(HP管理者の加筆)
　　メタン(CH4)と水蒸気を触媒下で高温(500～1100℃)で反応させると水素が発生
　する。
　この反応は吸熱反応で水蒸気改質と呼ばれ、水素製造のための代表的な反応である。
　その反応式は　CH4　＋　H2O　→　CO　＋　3H2　－206.1KJ/mol　---------(1)

　反応で発生したCOは同時並行して水と反応し水素を発生させるがCO2も発生する。
　この反応は水性ガスシフト反応と呼ばれている。
　反応式は　　　　CO　＋　H20　→　CO2　＋　H2　＋　41.2KJ/mol------------(2)

　　反応式(1)と(2)を組み合わせたものが式(3)であり、水素製造の総括反応式となる。
　これは工業的な水素製造法として商業的にに広く利用されている。
　水素製造総括反応式【(1)＋(2)】
　　　　　　　　　　　CH4　＋2H2O　→　4H2　＋　CO2　－　164.9KJ/mol--------(3)

　　メタンは安定な正四面体構造を持つため反応性が低く、化学的転換には高温が必要。
　高エネルギー消費型の反応プロセスのため、触媒劣化への対策、耐熱性の高い反応器
　材料や多段の熱交換器による熱を使い切るプロセスが必要となる。

【参考資料】①Wikipedia/水蒸気改質

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