地球環境産業技術研究機構（RITE）は、地球環境問題に対する革新的な環境技術の開発などを国際的に推進する中核的研究機関として、1990 年に設立されました。国内外の産学官との連携の下で、地球温暖化対策における中心課題である CO₂ の削減に取り組んでいます。
RITE was established in 1990 as a center of excellence to work internationally toward developing innovative environmental
technologies. We are addressing research and development of new technologies for reducing greenhouse gas emissions in collaboration
with industry, government and academic institutions around the world.

①システム研究グループ

The Systems Analysis Group conducts
systematic research regarding policies andmeasures to mitigate global warming andexaminations on the whole system and on
scenario development.
Also, we make acomprehensive evaluation including synergies
and trade-offs between global warming
mitigation and sustainable development,
and examines more effective measures.

90
80
G HG 排 出 量および 削 減 量 出 量 [ GｔCO 2 /ｙｒ]

温暖化対策の開発と世界の経済的な発展を両立させるため、シミュレー
ションモデルの構築と、超長期から近未来までの地球温暖化対応戦略の提示を行っています。

DNE21+

分析例【ベースラインからの排出削減】■ CO₂以外のGHG（1.5℃目標達成のための世界の排出削減シナリオ）■ 民生部門■ 運輸部門■ 産業部門70■ その他エネルギー転換■ 発電部門：合成メタン

60■ 発電部門：水素・アンモニア

排出
削減

50

■ 発電部門：太陽熱■ 発電部門：太陽光■ 発電部門：風力40■ 発電部門：原子力■ 発電部門：水力・地熱

30■ 発電部門：CCS■ 発電部門：火力発電高効率化・捻転

20
10
0
-10
-20

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

グロス
GHG
排出量

【グロスGHG排出量、大気中CO₂排出除去】

待機中
CO₂排出
除去

■ CO₂以外のGHG排出■ BECCS■ DACCS■ CO₂（土地利用）
排出■ CO₂（エネ起+プロセス）
排出

2080

■

正味GHG排出（ベースライン）■

正味GHG排出（1.5℃目標）② バイオ研究グループ
再生可能資源であるバイオマス等を原料として、
バイオ燃料やグリーン化学品等を微生物の力を用いて効率的に生産する技術「バイオリファイ
ナリー」の開発に取り組んでいます。
We are developing biorefinery technology that efficiently
produces biofuels and green chemicals from renewablebiomass resources using microorganisms.

非可食
バイオマス

RITE Bioprocess®
増殖非依存型
バイオプロセス

反応槽に微生物を高密度充填し反応する
C6糖 6
C5糖 5

混合糖完全同時利用可

バイオ 燃料・エタノール・ブタノール・水素・ジェット燃料
グリーン化学品

発酵阻害
物質耐性・C２エタノール

自動車部材、包装材、電気製品部材、
炭素繊維、各種樹脂等

・C３プロパノール

・C４ブタノール等
・アミノ酸

Corynebacterium
glutamicum

・芳香族化合物

高生産性

・バイオプラスチック等③ 化学研究グループ
CC Sにおいて全体コストの 60% を占める CO₂
分離回収コストの低減を目指し、化学吸収液、固体吸収材、分離膜などの CO₂ 分離回収技術の開発に取り組んでいます。
The first mission of Chemical Research Group is to develop
advanced technologies to reduce the cost of carbon dioxide(CO₂) capture that accounts for 60 % of the total cost of
CCS. To achieve this, we have been actively working on thedevelopment of absorbents (chemical solvents), solid
sorbents and membranes.

CO₂ 発生源の規模、濃度、圧力（CO₂分圧 ）等から、最適な回収技術を開発

鉄鋼（高炉等）

窯業・
土石等

化学

事業用発電

大気

CO₂ 排出量 1)(億トン/年）

1.6

0.3

0.6

4.0

－

排出ガス圧力

低圧

低圧

低〜高圧

低〜高圧
（IGCC等）

－

主
な
CO2
排
出
源

1) 国内部門別CO₂排出量（環境省、平成30年）

適用
技術④ CO2 貯留研究グループ
排出源から分離・回収された CO₂ を、地中の地下深部塩水層（帯水層）に長期にわたって安全に安定して貯留する技術の開発に取り組んでいます。

事業のイメージ

Toward the deployment of CCS technology, theCO₂ Storage Research Group conducts researchon safe and stable CO₂ geological storage indeep saline aquifers for a long term and works
closely with international organizations.

① 自然地震や微小振動観測を基に、CO₂圧入安全管理② 光ファイバーを利用した地層安定性や廃坑井の健全性監視③ 圧入中の CO₂挙動モニタリングを基に、圧入後の長期挙動予測④ CCS 普及条件の整備、基準の整備⑤ 無機膜研究センター
低コスト水素製造技術、CO₂ 有効利用技術等に適用可能な無機分離膜およびメンブレンリアクターの研究開発を進めるとともに、メーカーやユーザー企業と連携して、無機分離膜の産業化に向けた多様な取り組みを進めています。
We are developing inorganic membranes and membrane reactors for dehydrogenating processes, CO₂ separation processes
from CO₂ and CH₄ mixtures, carbon capture and utilization, and so on. In addition to research and development, we are also
making various efforts to promote the industrialization of inorganic membranes with the cooperation of manufacturing anduser companies.

公益財団法人地球環境産業技術研究機構

無機膜研究センターは、無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の研究開発を推進 するとともに、その実用化・産業化 に向けた多様な取り組みを行う組織として2016 年 4 月に設立されました。
The Inorganic Membrane Research Center was established in April 2016 as an organization that promotes the research anddevelopment of innovative environmental and energy technologies using inorganic membranes, and carries out various
initiatives for practical application and industrialization.

無機膜研究センターは 産業連携部門と研究部門から構成 されています。
膜、水素などの専門家が、アドバイザリーボードとして技術的サポート を行います。
・The Inorganic Membrane Research Center is composed of the Industrial Collaboration Division and the Research Division.
・Experts such as membranes and hydrogen provide technical support as advisory boards.

無機膜研究センタ
無機膜研究センター

アドバイザリーボード

伊藤直次：メンブレンリアクター
宇都宮大学大学院特任教授

上宮成之：パラジウム膜

（一財）
ファイン
セラミックスセンター

研究部門
産業連携部門無機膜研究センター

研究テーマ
・水素エネルギー貯蔵・輸送等技術
・CO2 フリー水素製造技術
等
・CO2 有効利用技術

メーカー

・無機膜メーカー
・支持体メーカー等

ユーザー企業東海国立大学機構教授

・エネルギー企業
・エンジニアリング会社
・化学会社
・鉄鋼会社
等

京都大学大学院教授

江口浩一：燃料電池
岡崎健：水素エネルギー
東京工業大学特命教授

都留稔了：シリカ膜
広島大学大学院教授

松方正彦：ゼオライト膜

産業化戦略協議会

早稲田大学教授

膜によるガス分離では、
1970 年代後半の水素分離膜の実用化以来、有機高分子膜が主に用いられてきたが、近年は高選択かつ高透過性のガス分離膜としてシリカ、ゼオライト、パラジウムなどの無機膜への期待が高まっている。
膜性能〜広い適用範囲

膜反応器〜反応と分離の組み合わせ

有機高分子膜：Organic polymeric membrane 海水淡水化、水素回収等に普及
 耐熱性・耐薬品性が低いため適用条件が限定的

従来法

△

〇

膜反応器

分離膜
原料

耐圧性

×

〇

分離対象

脱水、水素、酸素、
二酸化炭素

脱水、水素、酸素、
二酸化炭素、炭化水素

組み合わせによる機能・反応率の向上・選択性の向上

シンプルなシステム
コンパクトな装置構成〇～ 600℃

耐薬品性

 反応器と分離器(膜)が一つの装置（ゼオライト、
シリカ等）

〜100℃

製品

生成物

膜反応器：Membrane Reactor

多孔性無機膜

×

耐熱性

分離器

リサイクル

使用可能で、適用範囲が広がる可能性が高い。

有機高分子膜

触媒層

副生成物

原料

無機膜：Inorganic membrane
 膜に比べてシャープな孔径分布を有する。
 高分子耐熱性・耐薬品性が高く、高温・高圧においても

反応器

触媒層

製品

生成物

原料
副生成物

分離膜

リサイクル 未反応原料

生成物

高温・高圧に耐えうる無機膜は適用範囲が広く、顕在化されてない分離系も多く存在
CO 2 分離回収・有効利用技術◆ CO 2 分離 ( 膜分離 )◆ メタネーション ( 膜反応器 )◆ メタノール合成 ( 膜反応器 )◆ 液体炭化水素燃料合成 ( 膜反応器 )◆ ・・・・

石油精製・石油化学プロセスへの適用◆ 水素分離 ( 膜分離 )◆ オレフィン／パラフィン分離 ( 膜分離 )◆ 異性体分離 ( 膜分離 )◆ ・・・・

脱水用途 ( 蒸留代替 )◆ 水／アルコール分離 ( 膜分離 )◆ 水／有機酸 ( 膜分離 )◆ ・・・・

水素製造技術◆水素／酸素分離 ( 膜分離 )◆水蒸気改質反応 ( 膜反応器 )◆CO 2 フリー水素製造 ( 膜反応器 )◆水素キャリアからの水素製造 ( 膜反応器 )◆ ・・・・

その他

廃プラスチックガス化プロセスへの適用◆ CO シフト反応（膜反応器）
ファインケミカル合成◆ エステル化・アミド化（膜反応器）

CO2 を資源として有効活用するカーボンリサイクルにおいても、無機膜の適用可能性は高い。
排ガス等

貯留
StrageEOR

利用
Utilization

CO2 の直接利用

共通技術
分離回収
Capture

基幹物質

・CO、H₂の合成ガス
・メタノール等( 溶接、
ドライアイス等 )カーボンリサイクル

CO2

分離膜

・含酸素化合物・バイオマス由来化学品
・汎用物質( オレフィン、BTX など )

脱水膜
脱水膜

・合成燃料 (e-fuel・SAF)
・微細藻類バイオ燃料
水素・バイオ燃料、
エタノールなど
分離膜
・ガス燃料 ( メタン、プロパン等）

３．
鉱物

基盤物質

・コンクリート、
セメント等

水素
分離膜

・水電解
・化石資源改質＋CCSなど

１．
化学品

２．
燃料

・化学吸収 / 物理吸収・膜分離など・直接待機回収 DAC
・化石資源改質＋CCSなど

CO2フリー水素製造

脱水膜

４．
その他

・ネガティブエミッション(BECCS、
ブルーカーボン等 )カーボンリサイクル技術ロードマップ (令 和 3 年 7 月改訂 )より一部 RITE が加工

公益財団法人地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センター

膜

構造

主な用途

製法

無機膜研究センターでは、それぞれに特徴を有する無機系分
離 膜 の 開 発 を 行 っ て い ま す。
それらは、主に 水素分離・製造技術、CO 2 分離・有効利用技術への展開を想定しています。

特長

In Inorganic Membranes Research Center,
we have been developed silica, palladiumand zeolite membranes having uniquecharacter. They are mainly expected to be
applied to hydrogen separation/production
technology and CO 2 separation/utilization
technology.

① 対向拡散 CVD 法によるシリカ膜の開発〈 対向拡散 C V D 法とは・・・〉

世界最高レベルの性能！

高い性能を有する膜を再現良く作成可能

シリカ膜は対向拡散 CVD（化学蒸着）
法により製膜を行っています。この方法は、世界最高レベルの 高い性能の分離膜を再現良く製膜 することができます。
We employ counter-diffusion CVD (Chemical Vapor Deposition) method for silica membranes preparation. This method can beformed high-performance silica membrane with good reproduction.

② ゼオライト膜の開発
アルミノシリケート型（従来品）

LTA-type

ピュアシリカ型

CHA-type【 Si-rich LTA 膜】【Pure-silica CHA 膜】
一般的な脱水用途で用いられる LTA 型のゼオラ 骨格が Si のみで構成されている CHA 型のイトよりも、水熱安定性に優れる Si-rich LTA 膜 ゼオライト膜 の開発に成功しました。
を新たに開発しました。
この膜は、カウンターカチオンを必要としない
この膜は、高い透水性を併せ持ちます。
ため、高い透過性が期待できます。
A novel Si-rich LTA-type zeolite
membrane was successfully
developed. This membrane hashigh water permselectivity andhydrothermal stability comparedwith conventional LTA-type zeolite
membrane.

Pure-silica CHA-typezeolite membrane was successfully developed.
This membrane can be expected
higher flux because that does not
require counter cations.

③ 細孔内充填型パラジウム膜の開発
細孔内充填型（ RITE独自技術）

通常型薄膜（無電解めっき、
電解めっき、
スパッタ、CVD）

Pd

コスト

◎

耐熱性

〇

耐水素脆性

〇

飛翔物耐性

◎

合金耐性
その他

保護層

〇
・Pd使用量低減可能
・細孔内に綿密な膜形成が可能

遊離型（圧延膜）

Pd

〇

Pd

×

×

〇（厚膜）

×

〇

×

〇

×
・高水素透過性能

×・実用化試験段階
・高水素選択性・多元系合金膜炸裂容易

無電解めっき法による細孔内充填型パラジウム膜の開発を行っています。パラジウム使用量の低減 および 耐久性の向上 が期待できます。
We develop the pore-fill type palladium membranes by electroless plating method. The membrane can be expected to reduce theamount of palladium used and improve durability.

本成果は NEDO の委託事業により得られたものです。

公益財団法人地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センター

膜反応器は “ 反応 ” と “ 分離 ” を同時に行うことのできる反応器であり、後段の分離精製工程が小規模化（あるいは不要化）することにより、省エネルギーかつ省ス
ペースが期待できる技術です。

反応温度の低温化、分離精製工程の不要化あるいは小規模化⇒ プロセスの簡素化および省エネルギー化が期待できる技術
原料
副生成物
生成物

Membrane reactor combined “reaction” and “separation” is expected to saving the energy
consumption and space.

原料

生成物
副生成物

【Extractor】【Distributor】【Active Contactor】

CH₃
2

CH₃
CH₃

膜反応器は、反応場から目的物質あるいは不純物を引き抜く “Extractor 型 ”、膜を介して反応場に原料を供給する “Distributor 型 ”、膜の細孔を反応場とする “Active contactor 型 ” の３つに大別されます。Extractor 型は平衡反応、Distributor 型は連鎖反応、Active contactor
型は並発反応に有利です。
Membrane reactor is roughly divided three categories such as “Extractor-type” which is removed targets or impurities, “Distributor-type” which is supplied raw material through the membrane and “Active contactor-type” that uses the membrane pores as
the reaction field. They have advantages for equilibrium reaction, sequential reaction and parallel reaction, respectively.

〈シリカ膜〉✓✓✓✓✓✓

脱水素反応（エタン、プロパン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなど）
水蒸気改質反応（メタン、メタノールなど）
水性ガスシフト反応
分解反応（アンモニア、H₂ S など）
I S プロセス
ジメトキシブタンの合成〈パラジウム膜〉
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓

脱水素反応（エタン、プロパン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルベンゼン、
メタノール、エタノール、ブタノールなど）
水蒸気改質反応（メタン、プロパン、ナフサ、グリコール など）
水性ガスシフト反応
芳香族化（プロパンなど）
分解反応（メタン、アンモニア、H₂ S など）
水素化反応（エチレン）
部分酸化反応（メタン、エタノールなど）
フィッシャー・トロプシュ合成
フェノール合成〈ゼオライト 膜〉
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓

脱水素反応（プロパン、イソブタン、シクロヘキサン、エチルベンゼンなど）
メタセシス反応（プロパンなど）
メタノール、クメン等の合成反応
エステル化反応（酢酸 + エタノール、酢酸 + イソブタノールなど）
水性ガスシフト反応
MTO 反応
クネベナーゲル縮合
異性化反応（C5、C6）
フィッシャー・トロプシュ合成
オリゴマー化（イソブタンなど）

膜反応器は、左の表に示す通り、様々な反応系への適用が検討されています。
パラジウム膜であれば、水素が生成する反応系への適用が検討されています。水素分離を得意とするシリカ膜も同様です。ゼオライト膜の場合、その吸着性から水が生成する反応系への適用が多く検討されています。
Membrane reactors are investigated for various reaction system, as shown in the table on the left. In
case of palladium membranes, its application to areaction that produces hydrogen is developed. Silica
membranes, which show good hydrogen permselective performance, are the same application
with palladium. In case of zeolite membranes, thismembrane reactors are applied to reaction wherewater is generated.

たとえば、水性ガスシフト反応（CO + H2O ⇄ CO2 +に水素を選択的に反応系外に除去する膜反応器をH2）適用した場合、化学量論比である S/C = 1 の条件下にて通常の触媒充填層型よりも高い転化率が期待できます。
For example, when a membrane reactor that removes hydrogen fromthe reaction system is applied to a water gas shift reaction, conversion
using membrane reactor under the S/C = 1, which is the stochiometricratio, can be expected higher comparing with that of conventional
packed-bed reactor.

本成果は NEDO の委託事業により得られたものです。
公益財団法人地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センター

水 素 社 会 の 実 現 に は、水 素 の 安 定 供 給 を 可 能 と す る 輸 送 ・ 貯 蔵 の 技 術 開 発 が 必 要 で す 。
メ チ ル シ ク ロ ヘ キ サ ン（ M C H ）は 水 素 の 輸 送 ・ 貯 蔵 手 段「 エ ネ ル ギ ー キ ャ リ ア 」と し て
期 待 さ れ て お り 、R I T E で は 、蓄 積 し て き た 膜 分 離 技 術 を 活 用 し 、エ ネ ル ギ ー キ ャ リ ア から効率的に水素を分離・精製するプロセスの開発 に取り組んでいます。
To realize the hydrogen society, development of hydrogen storage and transportation technology, which can be stable supply, is required.
Methylcyclohexane is expected to one of the “energy carriers”. In RITE Inorganic Membranes Research Center, hydrogen separation andpurification process from energy carrier is developed utilizing advantage and knowledge of our inorganic membrane separation
technologies.

① エネルギーキャリアと脱水素プロセス
水素キャリアとしての MCH は、常温・常圧で石油と同等に扱うことができるため、海外からの輸送はタンカーなどの既存のインフラを用いることができます。
よりコンパクトかつ高効率の脱水素装置 ができれば、中規模水素用途に対応したオンサイトでの水素製造が可能となります。

メチルシクロヘキサン

回 収トルエンCH₃

CH₃

貯蔵タンク／
脱水素プラント

水 素 ステーション

メチルシクロヘキサン
CH₃

CH₃

定置用燃 料電池

水 素 パイプライン
水 素コミュニティなど

水素 発電所

MCH as hydrogen carrier can use existing infrastructure such as tanker because that can be handled the same as petroleum atnormal ambient temperature and pressure.
A more highly efficient and compact dehydrogenator is required for medium-scale hydrogen applications with on-site hydrogenproduction.

② メンブレンリアクターのモジュール化【メンブレンリアクターの外観】
側面【熱伝導フィンによる効果の違い 】

上面
熱伝導フィン

FinB

Fin A
内径︓7.03 cm
20cm

Finなし

シリカ膜

金属フランジに直接６本のシリカ膜を接合したモジュール構造、反応器内部に伝熱効率を向上させるための熱伝導フィンを設置した新規メンブレンリアクターモジュールを開発しました。開発したモジュールを用いた性能評価では、平衡転化率を上回る転化率が得られるとともに、フィンの形状を変えることで伝熱性が向上する結果が得られました。
We developed and evaluated novel membrane reactor module which structure is combined with bundling 6 silica membranes
and metal flange directly and thermal conduction fin for efficient heat transport. MCH conversion using the module was exceeded
thermodynamic equilibrium limitation, and improved heat transmission by changing the fin structure.

③ MCH 脱水素用膜反応器の実機イメージ

我々が開発したシリカ膜を約300本束ねることで、商用設備など小規模分散型の水素コミュニティを動かすことができます。
を対象とした 100 kW の燃料電池（必要水素量 70 Nm 3/hを仮定）
We can operate a 100 kW fuel-cell (assuming a required hydrogen amount of 70 Nm 3/h) using membrane reactor bundled
about 300 silica membranes.

シリカ膜の高性能化、耐久性の向上およびメンブレンリアクター開発で培ってきた技術を用いてカーボンリサイクルに資する技術の確立を目指すとともに、無機分離膜の産業化 を目指します。
We challenge to technology for carbon-recycling using knowledge and advantage obtained from this project such as
development of silica membranes and modularization of membrane reactor.

本事業は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のプロジェクト「水素利用等先導研究開発（JPNP14021）／エネルギーキャリアシステム調査・研究／水素分離膜を用いた脱水素」の委託事業であり、本成果の一部はトヨタ・モビリティ基金の助成を受けて実施されました。
This study was financially supported from New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) andToyota Mobility Foundation.

公益財団法人地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センター

水素社会の構築のためには、水素を低コストで製造する方法が求められます。RITE では、
シェールガ ス 革 命 以 降 長 期 で 安 定 的 に 供 給 が 可 能 で あ る メ タ ン に 着 目 し 、これを熱分解することで 水素 と 固 体 の カ ーボ ン を 製 造 し 、副 生 カ ーボ ン を 販 売 す る こ と で 水素の製造コストを低減す る 技 術 を 検 討 し まし た 。
To realize a hydrogen society, a method is required to produce hydrogen at low cost. Focused on methane, which can be stablesupplied for a long time from the shale gas revolution, hydrogen and solid carbon are produced by pyrolysis, and hydrogenproduction costs can be reduced by selling the carbon. In RITE Inorganic Membranes Research Center, investigation of
CO2 -free hydrogen production technology by methane decomposition was developed.

① メンブレンリアクターの適用
メンブレンリアクターの適用により転 化 率 を 向 上 さ せ、効 率 的 且 つ 省 エ
ネルギーな水素製造を目指します。
また、反応に必要な熱に、生成した
水 素 の 一 部 を 利 用 す る こ と で、CO2の ゼ ロ エ ミ ッ シ ョ ン 化 も 可 能 で す。
二 酸 化 炭 素 を 排 出 し な い、脱 炭 素 社
会に資する技術開発 と言えます。

膜反応器を用いたメタンの直接分解のイメージ

メタン分解プロセスにおける膜反応器の期待効果

高純度
水素回収

A membrane reactor, which is applied to that reaction,
can be expected to produce hydrogen with low cost andsave the energy consumption. In addition, the process
has the advantage of not emitting carbon dioxide byutilizing part of the generated hydrogen for the heatrequired for the reaction and is a technological development that contributes to a decarbonized society.

■メタン分解CH4 ⇄ C(s)＋2H2 ΔH= 75kJ/mol

PBR：触媒充填層型反応器（Packed-bed reactor）
M R：膜反応器（Membrane reactor）■水素燃焼

H2 ＋ 1/2O2 → H2O ΔH= -286kJ/mol
生成した水素の13％程度を燃焼すれば、吸熱分の熱量を補うことが可能② 水素透過膜の開発
シリカ膜の製膜技術

パラジウム膜の製膜技術
細孔内充填型（RITE独自技術）

多孔質セラミック基材

通常型薄膜（無電解めっき、
電解めっき、
スパッタ、CVD）

透過性と選択性

遊離型（圧延膜）

CH₄（メタン）

水素

細孔径 小

Pd

コスト

◎

耐熱性

〇

耐水素脆性

〇

飛翔物耐性

◎
〇

合金耐性
その他

保護層

・Pd使用量低減可能
・細孔内に綿密な膜形成
が可能

Pd

〇

Pd

水素透過性 △

選択性 ○

×

×

〇（厚膜）

×

〇

×

〇

×

細孔径 中

水素透過性 ◎

選択性 ◎×・高水素透過性能

・実用化試験段階
・高水素選択性・多元系合金膜炸裂容易

細孔径 大

水素透過性 ◎

選択性 ×

シリカ膜とパラジウム膜を水素透過膜の候補として、高温環境下で高い水素透過性と選択性を有し、且つ耐熱性を有する膜の開発に取り組んでいます。
Silica, palladium membranes are candidates for hydrogen permselective membranes. we are working on the development of amembrane that has high hydrogen permeability and selectivity in a high-temperature environment and has heat resistance.

③ 触媒とメンブレンリアクターの開発【膜反応器（MR）と触媒充填型反応器（PBR）の転化率と水素純度】
転化率【反応により得られたカーボンのTEM 像】

水素純度

触媒金属を中心にグラフェンシートが積層している* グラフ中の実線および点線は、それぞれ MR、PBRで得られる最大の転化率

パラジウム膜を用いた膜反応器試験により、反応温度 600℃、反応圧力 0.4 MPa において、メタン転化率 90%（触媒充填層型では 20% 程度、シリカ膜を用いた膜反応器の場合では70%）を達成しました。
The membrane reactor using palladium membrane was achieved around 90% of methane conversion (membrane reactor
using silica membrane : 70%) at 600℃, 0.4 MPa. That conversion exceeded that using packed-bed reactor.

今後は、さらなる膜の高性能化を進めると同時に、そのほかの難反応系への適用を検討していきます。
In the future, we improve the performance of hydrogen permselective membrane. Furthermore, we consider the membranereactor application to other difficult-to-react systems.

本事業は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のプロジェクト「水素利用等先導研究開発（JPNP14021）／ 炭化水素等を活用した二酸化炭素を排出しない水素製造技術調査／膜反応器を用いたメタン直接分解による CO2 フリー水素製造技術」の委託事業です。
This study was financially supported from New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

公益財団法人地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センター

CO2 を大気から回収し有効利用する技術は、カーボンニュートラルを実現させる技術として、世界各国で盛んに研究開発・実証検討が行われています。この有効利用技術において、CO 2 と水素の反応時に副生される水により生じる触媒の活性劣化、反応速度の低下といった問題を解決した
膜反応器による高効率かつ省エネルギー型の CO 2 有効利用技術の開発を推進しています。
CCU（CO 2 capture and utilization) technology has been actively researched and developed in countries around the world,
as one technology to realize carbon neutrality. In the hydrogenation of CO2, water is generated by the reaction, which decreases
the reaction rate. In other to solve this problem, highly efficient, energy-saving CO2 utilization technology has been developed at the
Inorganic Membranes Research Center using a membrane reactor.

ムーンショット型研究開発制度により、大気中から CO 2 を分離回収する DAC（Direct Air
Capture）技術と回収した CO 2 を液体炭化水素燃料へと変換する技術を開発し、カーボンリサ
イクル社会の実現に挑戦します。
無機膜の利点を活用し、膜反応器を用いた高効率かつ省エネルギーな
CO₂変換技術の開発について、以下
e-fuelの３項目を柱として進めています。
極低濃度 CO 2

液体炭化水素燃料① FT合成に適用可能な脱水膜、
水素透過膜

C nH m

CO₂
H₂
脱水膜

CO₂

Sweep
gas

② FT合成用膜反応器

H₂O③ 最適プロセス構造の検討

高濃度 CO 2
無機膜研究センター担当
Kanazawa University and RITE will develop DAC (Direct Air Capture) and CO₂ utilization technologies in “Moonshot R&D program”,
and strive to realize a carbon recycling society.
We are proceeding with the development of CO2 utilization technology using a membrane reactor for the purpose of high efficiency
and energy saving in the production of e-fuel by FT synthesis using CO2 as a raw material. Research and development items are as
follows.
① Development of a membrane applicable to FT synthesis ② Development of a membrane reactor for FT synthesis ③ Examine forthe optimal process structure

FT 合成への適用を目指した無機系分離膜の開発＜脱水膜＞

FT 合成に適用可能な 分離膜、膜反応器の開発を推進していくことで、” 高効率 CO₂ 変換技術 ” の確立を目指します。

高い透過分離性能と水熱安定性を併せ持つ
脱水膜を実現する＜水素透過膜＞

We will make the best use of the knowledge we acquired, andstrongly promote the development of inorganic membranes andmembrane reactors applicable to FT synthesis. We challenge toestablish the technology for “high- efficiency CO₂ conversion”.

対向拡散 CVDによりアモルファス構造でありながら精密に骨格構造を制御した新規シリカ膜により高い透過性と分離性能を実現する

膜反応器の FT 合成への適用＜実験結果と文献値＞

CO₂ + H₂

0.8

Recycle reactor

Fl

ui

0.4

di

ze

d-

be

d

0.2
Fixed-bed

0

0.2

H₂
CO₂

0.4
0.6
0.8
CO₂ conversion［ ］

C₂
C₃

CO

脱水膜

Slurry0.6

0Extractor 型膜反応器：水引き抜き型（WR-MR）

水の引き抜きによる転化率向上

Sweep gas

反応場の水素分圧の制御による選択性向上

C5+ selectivity［ ］

1＜ Pj のねらい＞

Cｎ

反応系外に水を取り除くことで● 触媒劣化を抑制→高耐久性● 逆水性ガスシフト反応を促進→転化率向上H₂ODistributor 型膜反応器：水素供給型（HD-MR）
CO₂

水素透過膜
H₂

H₂O

CO₂
CO

H₂

C₂

C₃

Cｎ

反応場の水素分圧を制御● 必要以上の増炭、水素化を抑制→液体成分の選択性向上

1
Dual 型膜反応器：WR+HD-MR
転化率と液体成分選択性の両方向上（シミュレーション実証済み）

水素供給型膜反応器の実験により液体成分選択性の向上を実証。さらにシミュレーションにより Dual 型における転化率や液体燃料割合の向上を確認しました 。
The experimental results demonstrate the hydrogen distributor-type membrane reactor (HD-MR) has a higher ratio of
liquid fuel than packed bed reactors (PBRs). By simulating a dual-membrane reactor (Dual-MR) equipped withhydrogen-permeation membrane and water-vapor-removal membrane, it is revealed that both the conversion
rate of carbon dioxide and the yield of liquid fuel are enhanced.

本事業は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のプロジェクト「ムーンショット型研究開発事業（JPNP18016）／ 地球環境再生に向けた持続可能な資源循環を実現／大気中からの高効率
CO 2 分離回収・炭素循環技術の開発」の委託事業です。
This study is financially supported from New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

公益財団法人地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センター

地球温暖化の原因の一つといわれる CO2 の大幅削減は世界的に重要な課題です。そのためにCO2 有効利用技術が重要視されています。
CO2 有効利用技術はメタネーション、メタノー ル合成など様々ありますが、RITE ではその一つとして CO2 を原料としたメタノール合成に着目 し、これまで蓄積してきた無機系分離膜の技術を活用し、「 膜」と「触媒」を組み合わせたメンブレンリアクターの開発 に取り組んでいます。
Carbon dioxide (C O 2 ) is one of the causes of global warming, therefore, this significant reduction is critical global challenge and attach
special importance to Carbon Capture and Utilization (CCU) technologies.
In RITE Inorganic Membranes Research Center, we shed light on methanol synthesis using C O 2 as raw material. Membrane reactor
that combine “membrane” and “catalyst” has been developed utilizing advantages and knowledge of our inorganic membrane
separation technologies.

① CO 2 を原料としたメタノール合成
現行のメタノール合成である合成ガス（CO+H ）を経由するプロセスと比較して、CO₂から直接合成することにより
大 幅 な CO₂削 減 効 果 が 期 待 で き ま す。
また、平衡反応であるためメンブレンリ
アクターを適用することにより、さらなる削減効果が期待できます。

水素（H2）
・ CO2 フリー水素

電気分解、
水分解、
（褐炭）

・副生水素

メタノール

H2

製鉄所、石油化学

CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O（メタノール）

2OC

CO2 キャプチャー

発電所、製鉄所
セメント、化学工場

Methanol synthesis using CO₂ as raw material is
expected to be significant reduction of CO₂
emission. In addition, a further reduction canbe expected by applying a membrane reactor.

石炭② 脱水用ゼオライト膜の開発②高効率メタノール合成反応器（H₂O 膜分離型反応器）①低コスト型 CO₂分離 PSA
排ガス

脱硫

シフト
反応器

CO₂分離
PSA

CO + H₂O→ CO₂ + H₂

H₂

反応器

CO₂

未反応ガス
リサイクル

N₂

反応生成水リサイクル
石炭利用産業（発電、製鉄など）③実用的脱水膜

メタノール

CO₂ + 3H₂
→ CH₃OH + H₂O
CO + 2H₂→ CH₃OH④メタノール合成システム最適化

高効率メタノール合成を可能とする
膜反応器の実用化を目指し、長尺脱水膜の開発を進めている。
脱水膜は RITE が開発した Si-rich LTA
膜 * であり、一部実用化されている他の脱水膜と比較して高い透過分離性能を有することを特徴としている。
現在、長尺脱水膜の合成に成功しており、今後は再現性・量産性の向上を目的として合成方法を検討中である。
We have developed a long-scale dehydration membrane for practical use of a membrane reactor thatenables highly efficient methanol synthesis.
The dehydration membrane is a Si-rich LTA membrane* developed by RITE, and is characterized byits high permeation separation performance compared to other dehydration membranes that are
partially in practical use.
At present, we have succeeded in synthesizing along dehydration membrane, and in the future, weare studying a synthesis method for the purposeof improving reproducibility and mass production.

〈 実用的長さの脱水膜の開発 〉◆H₂O 透過率；＞1.0×10 -6 mol m -2 s -1 Pa -1◆分離性能 (H₂O/MeOH) ; >1,050
200℃にて、上記の膜性能を有する 500mmL 膜を再現良く合成出来る方法を確立
スケールアップ＊試作した 1,000mmL 膜の透過分離性能等は RITE にて評価

メタノール合成温度にて、目標値を上回る性能を有する 1 m 長の脱水膜の合成に成功〈 再現性・量産性に優れた製造方法に関する検討 〉〈 脱水膜の形成（仮説）〉

再現性・量産性向上に向けて合成方法を検討中*B. Liu et al., Sep. Purif. Technol., 239 (2020) 116533, M. Seshimo et al., Membranes, 11 (2021) 505.など

CO 2 を原料としたメタノール合成用膜反応器に適用可能な実用的脱水膜を開発することで、省エネルギーかつ高効率な CO 2有効利用技術に資するとともに、その脱水膜の他用途展開を進めていく。
By developing a practical dehydration membrane that can be applied to a membrane reactor for methanol synthesis using CO 2
as a raw material, we will contribute to energy-saving and highly efficient CO 2 effective utilization technology, and promote thedevelopment of other uses for the dehydration membrane.

本検討は、NEDO のプロジェクト「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発 (JPNP16002) ／CO₂排出削減・有効利用実用化技術開発／化学品への CO₂ 利用技術開発 ／CO₂ を用いたメタノール合成
における最適システム開発」にて実施中です。
This study is financially supported from New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

公益財団法人地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センター

産業化戦略協議会は、無機分離膜・支持体メーカー、ユーザー企業等の企業会員が連携し、メーカーとユーザー企業のビジョンの共有化及び共同研究の企画・立案等を推進し、無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の早期の実用化・産業化を目指します。
Council members of inorganic separation membrane / support manufacturers, user companies, etc. work together toshare the vision of manufacturers and user companies, promote planning and proposing of joint research. We are aiming
for early commercialization and industrialization of innovative technologies for environment and energy using inorganic
membranes.

岩谷産業､ 大阪ガス､ 川崎重工業､ 関西電力､
JFE スチール､ 石油資源開発､ 大陽日酸､
千代田化工建設､ 日揮ホールディングス､
日本ゼオン､ マツダ､ 丸善石油化学

イーセップ､ 京セラ､ 住友化学
日立造船､ 三菱ケミカル① 無機膜の産業化に向けた研究会活動
産業化戦略協議会では、無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の実用化・産業化に向けたニーズ・シーズマッチングやロードマップ策定を行う「研究会」を設置しています。
現在、「 膜反応プロセス研究会」と「共通基盤（性能評価等）研究会」の 2 つが活動 しています。
The Industrialization Strategy Council has set up “Research Groups” to develop needs and seeds matching, and roadmaps
toward the practical application and industrialization of innovative technologies for environment and energy
using inorganic membranes. We have the following two Research Groups now.
①The Membrane Reaction Process Group②The Common Infrastructure Research Group to evaluate the membrane performance

テーマ

概要

参加会員

膜反応プロセス

多成分膜分離プロセスの性能評価や膜反応器の検討に有用な計算プラットフォームを構築する。

５社

共通基盤
( 性能評価等 )無機膜の透過分離性能評価手法の標準化に向けた基礎的検討を実施する。

6社② 会員限定セミナーの開催
会員向けセミナーを定期的に開催しています。アドバイ
ザリーボード、会員企業、膜関連企業などから最新の研究開発動向やニーズ、シーズの紹介、膜の実用化開発事
例の紹介など、活発な質疑・応答、討論が行われています。 無 機 膜 の 実 用 化・産 業 化 に 関 連 し た 有 用 な 知 識 を得られる上に、会員企業間や第一線の研究者との交流の場としても有意義な場であると高い評価を得ています。
Exclusive technology seminars for council members are held periodically, in which the latest R&D trends, needs, andseeds are introduced by our advisory board members, member companies, and organizations with active discussions
among the participants. The participants are pleased to take part in the seminars, not only because they can acquire
knowledge of inorganic membranes, which is useful for promoting the practical use and industrialization of the membranes,
but also because they have the opportunities to interact with other frontline researchers from member companies andorganizations.

③ 研究部門への研究員派遣の受け入れ、研修会の実施、技術相談
産業化戦略協議会では、会員向けの研修会を開催しています。
研修会は、講義を受けた後、実際に分離膜に関する実験を体験して頂きます。
Industrialization Strategy Council holds the workshop periodically. After receiving the lectures, the participants havethe opportunities to conduct some experiments on inorganic membranes.

開催場所 / 指導教官

取り上げた分離膜の種類

第1回

山口大学 工学部
喜多教授

ゼオライト膜、炭素膜、
高分子膜

第2回

工学院大学 工学部
RITE 中尾センター長

シリカ膜

第3回

岐阜大学 工学部
上宮教授

パラジウム膜④ 無機膜に関する海外／国内研究機関への調査活動
中国の南京工業大学（Dingjiaqiao キャンパス）を協議会メンバーで訪問し、中国の分離膜の専門家と「1st China-Japan Symposiumon Inorganic Membranes」開催しました。また、シンポジウム後、Membrane Industry Park を訪問しました。
Some of the member of Industrialization Strategy Council visited The Nanjing
Tech University（Dingjiaqiao campus）in China and we had the joint symposiumwith the specialists of membranes in China on the 1st China-Japan Symposiumon Inorganic Membranes, and also visited The Membrane Industry Park.

公益財団法人地球環境産業技術研究機構

お問い合せ先 無機膜研究センター
TEL : 0774-95-5086 e -mail : mukimaku@rite.or.jp