LNGプラントがしていることは冷却ではなく「熱の強奪」だ

冷蔵庫のドアを開けると冷たい空気が顔に触れる。このとき私たちは普段「冷たい空気が出てくる」と言うが、それは間違いだ。冷蔵庫は冷たい空気を作り出しているのではない。庫内の熱を吸い取り、裏側のコイルから吐き出しているに過ぎない。冷蔵庫の裏側に手を当てるといつも温かいのはそのためだ。

LNGプラントは、この原理を地球上で最大規模で行っている施設である。天然ガスを凍らせているのではなく、ガスから熱を抜き取り、どこかへ放り捨てる巨大な「熱の再配置装置」なのだ。そして、この再配置作業ひとつに、時には原子炉1基分に匹敵する電力が投入される。

気体を液体にするのに原子炉1基分が必要な理由

天然ガスは、地下から汲み上げる際は気体だ。常温・常圧状態のメタン分子は、互いに遠く離れて勝手気ままに動いている。これを船で運ぼうとすると問題が生じる。体積が大きすぎるのだ。同じエネルギーを船1隻に積み込むには、気体の状態ならタンクが600個必要だが、液体に変えればタンク1個で済む。気体状態よりも体積が600分の1に減るため、運搬と貯蔵が容易になるからだ。

数字で見ると大したことはないように思えるが、この圧縮を実際に体感してみると話は変わってくる。サッカーボール大の体積の天然ガスを、体積はそのままに重量だけを600倍にする様子を想像してほしい。いや、逆に考えたほうが正確かもしれない。いま皆さんが住んでいるマンション1室分の天然ガスを、液化という過程を経ることでキムチ冷蔵庫1台にすべて収められるようになるのだ。

この圧縮を可能にするのは圧力ではなく温度だ。メタンをマイナス162度まで冷却すると、分子運動が止まったかのようになり、自ら寄り集まって液体になる。メタンを主成分とする天然ガスをマイナス162度に冷却し、体積を600分の1に圧縮した無色透明の超低温液体が作られる。問題はマイナス162度という数字そのものではなく、その温度まで下げる間、ガスの中にあった熱をすべてどこかへ送り出さなければならないという事実だ。その熱は消滅しない。移動させられるだけだ。

この移動作業こそが、LNGプラントのすべてである。

冷蔵庫とプラントは同じ機械である

ここで構造的に興味深い点が出てくる。家庭にある冷蔵庫、自動車のエアコン、そして数十億ドル規模のLNG液化プラントは、実は同じ機械だ。サイズが違うだけで、作動原理は正確に一致している。

冷凍サイクルの核心は、冷媒という物質が圧縮と膨張を繰り返し、熱を運ぶことにある。冷媒をコンプレッサーで押し込み圧力を高めると温度が上がる。この熱くなった冷媒を室外機で外気と接触させ、熱を捨てる。次に冷媒を狭い穴から膨張させると、圧力が急激に下がり温度も一気に低下する。この冷たくなった冷媒が冷蔵庫内部を通りながら食材の熱を吸い取る。そして再びコンプレッサーに戻る。この循環が絶え間なく繰り返される。

LNGプラントが使う方式も原理は同じだ。ただ、冷媒が1種類ではなく、複数を混ぜて使うという点が異なる。混合冷媒（MR）プロセスでは単一冷凍サイクルを使用し、このサイクルには軽質炭化水素を混合した冷媒が必要となる。なぜ1つではなく混ぜるのか。天然ガスは常温からマイナス162度まで下げる必要があるが、冷媒1つではこの広い温度区間を効率的にカバーできないからだ。混合冷媒は特別に選択された軽質炭化水素の混合物を使用し、これは天然ガスの冷却曲線に合わせて調整することができる。

メタン、エタン、プロパン、窒素などの成分を精巧な比率で混ぜて1つの冷媒を作る。この混合冷媒は沸点が異なる成分の組み合わせであるため、温度が下がる各区間ごとに特定の成分が主に蒸発し、熱を吸収する。常温付近では重い成分が、極低温付近では軽い成分が役割を担うといった具合だ。冷蔵庫裏のコイル1つでは到底無理な温度差を、冷媒の組成そのものを設計することで突破するのだ。

最も広く使われる方式のひとつは、プロパンでまずある程度冷やしておき、次に混合冷媒で液化まで一気に押し進める二重構造だ。天然ガスはC3-MR（プロパン予冷混合冷媒）、SMR（単一混合冷媒）、DMR（二重混合冷媒）、AP-Xといった液化プロセスを経て冷媒で冷却され液化される。最適な液化方式は、LNG生産量や建設地の条件などの要因によって異なる。天然ガスは主熱交換器、冷凍コンプレッサー、駆動機、冷媒冷却用熱交換器といった設備を利用し、予冷・凝縮・過冷却の過程を経てLNGへと姿を変える。

ここで重要なのは名称ではない。どのプロセスを使おうと本質はひとつだ。冷媒を圧縮して熱を捨てる場所へ送り、冷媒を膨張させて冷たくし、その冷たさを天然ガスに伝える。冷蔵庫が食材の熱を盗んで背面に捨てるように、LNGプラントは天然ガスの熱を盗んで大型冷却器へ捨てる。違うのは規模だけだ。

盗んだ熱はどこへ行くのか

ところで不思議なことがある。冷蔵庫の背面は手で触れられる程度の温かさだ。しかし、LNGプラントが毎日処理するガスの量は、冷蔵庫数百万台分に相当する。その熱は一体どこへ行ったのか。

答えは空気と海水だ。コンプレッサーが冷媒を押し込んで高温になると、その熱は巨大な空冷式熱交換器（大型扇風機の束を想像すればよい）や、海水を汲み上げて冷やす冷却システムを通じて大気と海へ放出される。この放出段階こそが、電力が集中的に消費されるポイントだ。冷媒を圧縮するコンプレッサーを回すには巨大なガスタービンや電気モーターが必要であり、大型LNGプラント1基のコンプレッサー駆動電力は、都市ひとつを照らせるレベルに達する。

ここで原子炉の話に戻ろう。先ほど述べた「原子炉1基分に匹敵する電力」は誇張ではない。年間数百万トンのLNGを生産する大型プラントは、コンプレッサーの駆動だけで数百メガワット級の電力を消費する。この電力の目的はただひとつ、ガスの中の熱を押し出すことだ。混合冷媒プロセスを利用した典型的な液化プラントの建設費用は10億ドルを超えるが、この高い費用は効率向上によって正当化される。この費用の大部分が、結局は熱を押し出す圧縮設備とそれを動かす動力源に投じられる。

では、これらすべての過程を経て作られたLNGは、安全な状態なのだろうか。ここで微妙な反転がある。マイナス162度の液体は完全に安定した状態ではない。貯蔵タンク内でも外部から浸透する微細な熱のために、LNGは少しずつ蒸発し続ける。LNG船からLNGを荷揚げすると、荷揚げ量に応じて貯蔵タンクの圧力が下がる。この現象はタンクの損傷につながる可能性があるため、生産基地で発生する蒸発ガス（BOG）を船に供給して圧力を補償する。完璧に閉じ込めたように見える低温の液体も、実は絶えず気体に戻ろうとする力と格闘しているのだ。液化は一度のイベントではなく、到着する瞬間まで続く管理作業である。

私たちが忘れていた請求書

これまでの話を整理すると、奇妙な結論に達する。LNGはクリーンエネルギーとして宣伝されている。実際、天然ガスは石炭や石油などの他の化石燃料に比べて排出する温室効果ガスが少なく、世界的に注目されるエネルギー源であり、欧州や韓国のタクソノミにも含まれている。その通りだ。燃やして使うときはそうだ。

しかし、燃やす前の段階、つまりこれまで説明してきた液化プロセスについては語られない。体積を600分の1に減らすために、私たちはすでにかなりのエネルギーを先取りして消費している。そのエネルギーの大部分は、コンプレッサーを回して冷媒を循環させ、その冷媒が盗んだ熱を大気中に投げ捨てるために使われる。消費者がガスコンロで確認する熱量の裏には、そのガスを運ぶためにすでに消費された「もうひとつの熱量」が隠れている。この隠れた請求書は、価格表にも、二酸化炭素排出量の計算にも、しばしば欠落している。

これはLNGだけの問題ではない。私たちが何かを「圧縮して効率的にする」と言うとき、その圧縮自体にかかった費用は目に見えない場所へ押しやられることが多い。データを圧縮して送信する際にかかる演算コスト、物流を圧縮して配送する際にかかる再梱包コストも似たような構造を持っている。何かを小さくすることはタダではない。小さくなった結果物だけが目に入り、小さくする過程で消えた熱とエネルギーは、請求書の裏側へと回されてしまう。

次にガスコンロに火をつけるとき、その青い炎がどれほど長い道のりを経てきたのか一度考えてみてほしい。その道のりのどこか一地点で、原子炉1基分の電気がただ熱を盗み出すためだけに費やされたという事実とともに。

---