RITE Today 2024

研究活動概説 ● 化学研究グループ

化学研究グループ
グループメンバー（2024 年４月）
グループリーダー・主席研究員
サブリーダー・主席研究員
主席研究員
サブリーダー・副主席研究員
サブリーダー・副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員

余語 克則
水野 雅彦
喜多 英敏
菊池 直樹
山田 昌宏
林
成年
Firoz Alam Chowdhury
甲斐 照彦
木下 朋大
久貝 潤一郎
後藤 和也
瀬下 雅博
村岡 利紀
龍治 真
伊藤 史典
大畠 悠輔
清川 貴康
段
淑紅
Vu Ｔｈｉ Quyen
孟
烈
山口 創司
窪田 善之
鳥越 葵

研究員
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

前田 浩彰
荒木 華子
浦井 宏美
大西 紀子
尾方 秀謙
小倉 公美子
鹿嶋 麻衣
片岡 梢
菰野 恵子
杉本 理絵
手嶋 孝
奈良 裕子
鳴瀧 陽三
藤井 暁義
藤原 洋一
宮地 裕子
森
恵子
森
美佐都
保野 篤司
吉井 隆裕
吉野 直美
米澤 順子

CO2 分離・回収、有効利用技術の高度化・実用化への取り組み
1. はじめにする努力の追求を決意」とされ、世界で初めて 1.5℃が化学研究グループでは、研究部門と産業連携部門の数値目標となった。IPCC によると、1.5℃目標のため

組織体制を構成し、CO2 分離回収・有効利用に関わる各には、2010 年比で 2030 年までに CO2 を 45%削減

種技術の早期実用化・産業化を目指した研究開発およし、2050 年までにネットゼロを達成する必要がある。

びその産業利用に向けた活動を行っている。以下、現在の化学研究グループの取り組みについて述べる。

我が国においては 2020 年 10 月の「2050 年カー
ボンニュートラル」宣言と、202０年１２月に策定（2021
年 6 月詳細策定）された「2050 年カーボンニュートラ

2. CO2 分離回収・有効利用技術の研究開発

ルに伴うグリーン成長戦略」を受けて、様々な方面から

2015 年 12 月の COP21 で「パリ協定」が採択され、の地球温暖化防止のための取り組みが進められている。

異常気象など気候変動による悪影響を最小限に抑える

2022 年 5 月には「クリーンエネルギー戦略」が策定ために、産業革命前からの世界の平均気温の上昇をされ、該戦略の下で CCS 長期ロードマップが取りまと「2℃より充分低く保ち、1.5℃に抑える努力を追求する」

められた。2050 年時点での CO2 貯留量の目安が 1.2ことが目標とされた。その後、さらなる気温上昇や世界～2.4 億トンと明記され、その実現に向け た先進的規模で発生している甚大な自然災害など危機感の高ま

CCS 事 業 国 内 7 拠 点 が 採 択 さ れ て い る 。 CCUS

りを受けて、先の 2021 年 11 月の COP26 における(Carbon dioxide Capture, Utilization andグラスゴー気候合意では、気温上昇幅を「1.5℃に制限

Storage）/カーボンリサイクルは、主要な取り組みの１

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RITE Today 2024

研究活動概説 ● 化学研究グループつであり、カーボンニュートラルを可能とする重要な革して研究開発していることが特徴である。化学吸収法に新的技術として位置付けられ、「CO2 を炭素資源として

おいては、COURSE50（「環境調和型プロセスの技術

捉えて、分離･回収した CO2 の燃料や素材への再利用

開発」プロジェクト，国立研究開発法人新エネルギー・産（CCU）」や「分離･回収した CO2 の地中貯留（CCS）」と

業技術総合開発機構（NEDO）委託事業）で開発した化の組合せにより、大きな CO2 削減効果が見込まれる。

学吸収液が、実用化されている。

CO2 分離･回収技術は CCUS 推進のための基盤技術で固体吸収法では、低温で CO2 脱離性能の優れた固体あり、2050 年度までに CO2 分離･回収コスト 1,000

吸収材を使ったシステムのパイロット試験を、NEDO 委

円/t-CO2 を目指し開発を進めることや様々な CO2 排

託事業において民間企業と共同で、石炭火力発電所の出源に対応する分離･回収技術を確立していくことが目

実燃焼排ガスを使って進めている。ＣＯ ２濃度が低い天標として示されている。また、カーボンニュートラルを実然ガス火力発電所排ガス向けへの展開も進めており、低現するためには、大気中の CO2 濃度を低減する技術、す

温再生だけでなく酸化劣化耐性の高い固体吸収材を開なわちネガティブエミッション技術の導入が不可欠であ

発中である。さらに、NEDO ムーンショット型研究開発

り、特に大気中からＣＯ ２ を直接回収する Direct Air

事業の中で大気からＣＯ２を分離・回収する

Capture（DAC）が注目されている。2021 年 7 月にDAC(Direct Air Capture)の開発も進めている。

改訂された「カーボンリサイクル技術ロードマップ（経済

膜分離法は、これまで高圧ガス（二酸化炭素（CO2）／産業省）」では、進 展の あった新 たな技術 分野として

水 素 （ H2 ） ） 源 と し て IGCC （ Integrated coal

DAC が追記された。二酸化炭素の除去（CDR）、回収・

Gasification Combined Cycle：石炭ガス化複合発

利用・貯留（CCUS）において CO2 を循環的に利用した電 ） 、水素製造プラ ン トを適用先 に 想 定 して きたが、り削減したりする取り組みであるカーボンマネジメント

2024 年度からは、小型中圧水素製造システム(CO2 回が本格化している。

収型水素製造装置)の実証試験に向けた新たな NEDO

このような背景を受けて、様々な CO2 排出源に対し、事業を開始する。

最適な分離・回収技術を提案することにより、CCUS のＣＯ ２ 分離・回収の標準化へ向けた取り組みも推進し実用化を推進していかなければならない。地球温暖化対ている。NEDO 事業「CO2 分離素材の標準評価共通基策として CO2 の大規模削減が期待できる CCS を早期盤の確立」において、国内初の実ガス試験センターをに導入、実用化するためには、大規模発生源等から排出

RITE 内に設置し、実ガスを使用する標準評価法の確立される CO2 分離・回収コストの低減が重要である。また、を行う。2024 年度中にセンターを竣工する予定である。

並行して CO2 分離・回収技術の標準化を推進していくこ

ま た 、 ITCN （ Internationalとも重要である。国際的な標準化の動向に歩調を合わ

Network：CO2 分離･回収技術の研究開発を推進する

せながら、国内の分離素材の評価方法を標準化して、世界各地の施設のグローバル連合）に加盟する国内唯一

様々な分離素材を共通の方法で評価できるようにするの機関として RITE は、海外ＩＴＣＮメンバーとの情報交ことが求められている。また、CCU（utilization）の早換を定期的に行っている。該ネットワークを通して、ＣＯ２期社会実装も強く求められている。分離回収した CO2

分離・回収の標準化へ向けた取り組みを世界へ発信する。

を炭素源として有効利用して化学品、燃料、鉱物へ変換

CO2 有効利用技術については、現在、アミン技術を利してカーボンリサイクルする技術開発が重要である。

Test

Center

用した炭酸塩固定化と脱水膜を利用するメタノール合成

化学研究グループでは、CO2 分離回収技術の研究開に取り組んでいる。炭酸塩固定においては、産業廃棄物発を行っており、これまでに化学吸収法、固体吸収法、等に含まれるカルシウム、マグネシウムを利用して排ガ膜分離法で世界をリードする研究開発成果を上げてきス中に含まれる CO2 を固定化する。アミン液を利用してた。材料の開発に始まり、加工、システム検討までを一貫

カルシウム、マグネシウムを選択的に抽出して CO2 と反39

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応させて高純度な炭酸カルシウムを製造する。メタノー

ものの、CCUS の社会実装加速には吸収液の量産化を

ル合成においては、発電所、製鉄所、セメント、化学工場含めた大規模化やコスト低減が課題であり、溶液再生工から排出する CO2 を膜反応器（メンブレンリアクター）に程でのエネルギー消費削減やアミンの耐久性向上など

より水素と反応させて高効率にメタノールを合成する。

の取り組みが必要である。

「CO2 を用いたメタノール合成における最適システム開RITE は、COURSE50 において、水以外の溶媒を用発」を民間企業と共同で NEOO より受託し 2021 年度

いることで、CO2 の吸収形態および溶液中の分極影響から開発を行っている。

を制御することができ、更なるエネルギー消費低減の可能性を有するブレークスルー技術「混合溶媒系吸収液」

3. 化学吸収法を提示した（図２）。従来のアミン系化学吸収液で一般的

化学吸収法は、混合ガス中の CO2 を化学反応を介しであった溶媒の水の一部を非水溶媒に置き換えることて溶液中に選択的に溶解（分離）させ、次工程においてにより、溶液の比熱や CO2 との反応熱が低減できる。

CO2 を含む溶液を加熱昇温し、高純度 CO2 を回収する

本技術の研究開発は、2021 年 1 月からグリーンイノ技術である。特に、アミンを利用した化学吸収液は、燃焼

ベーション基金事業「製鉄プロセスにおける水素活用」に

排ガス等、比較的低 CO2 濃度の混合ガスへの適用が可

おいて、混合溶媒系吸収液の化学種や液組成の最適設能であり、化学吸収法はＣＣＳ分野では最も成熟した計、および実用性等の検討を進めている。2024 年 1 月

CO2 分離・回収技術の一つである。

には日本製鉄㈱君津製鉄所において実際の高炉ガスをRITE は、「低品位廃熱を利用する二酸化炭素分離･回収技術開発（COCS）」（経済産業省（METI）補助事業）、用いたベンチ試験を開始し、新たに開発した混合溶媒系
吸収液の性能評価を実施している。

および COURSE50 において、製鉄プロセスを対象に、CO2 分離・回収エネルギーおよびコスト低減を可能とする高性能なアミン系化学吸収液を開発し、その成果は、
日鉄エンジニアリング株式会社の商業設備「省エネ型
CO2 回収設備 ESCAP®」に採用されている（図 1）。
図２ 混合溶媒系吸収液のコンセプト

４. 固体吸収法
固体吸収材は、アミンを水などの溶媒に溶かした化学
吸収液と異なり、アミンをシリカや活性炭などの多孔質材料に担持したものである（図 3）。固体吸収材を用いたプロセスは、溶媒に起因する蒸発熱や顕熱を抑制できる
ことから、CO2 分離・回収エネルギーの低減が期待できる。

図１ 省エネ型 CO2 回収設備 ESCAP®
（住友共同電力（株）新居浜西火力発電所内に設置の 2 号機。化学工場の化学副原料 CO2 を製造。）

化学吸収法は前述のように商用レベルに達している

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図３ 化学吸収液と固体吸収材

1)石炭火力発電所向け

図４ 固体吸収法の開発ロードマップ

また、材料劣化機構の解明と劣化防止技術の開発、使2010 年、RITE は主に石炭火力発電所の燃焼排ガス用材の再利用技術、プロセスシミュレーション技術によからの CO2 分離・回収を対象に、固体吸収材の開発に着る効率的な運転条件の検討なども進めており、プロセス

手した（METI 委託事業）。基盤研究フェーズ（2010～

シミュレーション技術では、KHI の移動層システムにお2014 年度）では、固体吸収材に適した新規アミンの開いて高い精度で CO2 回収量や分離回収エネルギーを予発に成功し、ラボスケール試験において、分離・回収エネ

測可能なシミュレータを開発している（図 5）。

ルギー1.5GJ/t-CO2 以下の目途を得た。本固体吸収材

パイロット試験ではこのシミュレーション技術を活用しシステムは、低エネルギー回収のみならず、排熱利用がて運転条件の最適化を行う予定である。さらに、シミュ可能なレベル（60℃）の低温プロセスを可能とする革新

レーションは実際には観測が困難な装置内部での吸脱的な材料である。アミン系固体吸収材を用いた他の事業

着挙動を把握するのに役立っており、計算結果は材料開と比較して、本事業の低温再生という観点では世界トッ発にも活用されている。

プの水準である。2015～2019 年度までの実用化研
究フェーズ（METI/NEDO 委託事業）では、川崎重工業
株式会社（KHI）をパートナーとして、固体吸収材のスケールアップ合成（>10m3）、ベンチスケール試験（>5tCO2/day）、石炭火力発電所での実ガス曝露試験などを実施した。
2020 年、RITE は KHI とともに NEDO 委託事業

図 5 RITE の保有するシミュレーション技術「先進的二酸化炭素固体吸収材の石炭燃焼排ガス適用性研究」に採択された。本事業では、関西電力株式会社

2)天然ガス火力発電所向けの協力を得て、KHI が舞鶴発電所内に建設したパイロッ

2022 年より、グリーンイノベーション基金事業/CO2

トスケール試験設備（40t-CO2/day 規模）の試運転をの分離回収等技術開発において、千代田化工建設株式

完了し、2023 年度後半から RITE が供給した固体吸会社（幹事会社）、株式会社 JERA と共同で、天然ガス燃収材を用いた石炭火力発電所の燃焼排ガスからの CO2

焼排ガスからの低コスト CO2 分離・回収プロセス商用化

分離・回収試験を開始した（図 4）。

の実現への取り組みを開始した。天然ガス燃焼排ガスに含有する CO2 濃度は 4%前後と石炭燃焼排ガス中のCO2 濃 度 (13%) と 比 較 し て 低 い 一 方 、 酸 素 濃 度 は

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10%程度と高いため、低い CO2 濃度においても、高いCO2 吸収性能を示し、酸化に対する高い耐久性を有す
る固体吸収材が求められ、RITE は過去に培った知見、技術に基づくアミン開発およびそれを担体に担持させた固体吸収材開発を担当している。本事業は 2024 年度にステージゲートが設定されているが、本年度開発したアミンにより目標を達成する固体吸収材の開発に成功している。この固体吸収材は低温再生が可能な点だけで(a)IGCC

なく、比較的酸素濃度が高い天然ガス火力発電所排ガスに適用できる非常に優れた酸化劣化耐性を有している点も特徴である（図 6）。

(b)水素製造プラント

図 7 分離膜を用いた石炭ガス化複合発電（IGCC）や水素製造装置からの CO2 分離･回収
図 6 高温の酸素でアミンを強制的に酸化劣化させる試験
実施前後の CO2 吸収量の変化
図中の縦軸は同じスケールを表す。

今後は前述のアミンの工業生産性を確認するとともに、ベンチ試験を実施し、その結果をもとに吸収材を改良していく予定である。

RITE では、高密度のアミノ基を有するポリアミドアミ
ンデンドリマーを用いた新規な高分子系材料が優れた
CO2 と H2 の分離性能を有することを見出し、このデンドリマーと架橋型高分子材料の分離機能層を有する複合膜(分子ゲート膜)の開発を行ってきた。分子ゲート膜の概念図を図 8 に示す。

５. 膜分離法
膜分離法は、圧力差によって分離膜の供給側から透過側へ CO2 を透過・分離する分離法である。そのため、高圧ガスである石炭ガス化複合発電（IGCC）や水素製造装置への適用により、低コスト、省エネルギーでのCO2 分離･回収が期待される（図 7）。

図 8 分子ゲート膜の概念図

ここに示すように、透過機構としては、加湿条件で、膜42

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中に取り込まれた CO2 が膜中のアミノ基とカルバメート
や重炭酸イオンを形成し、分子サイズの小さな H2 の透過を阻害することで、従来の CO2 分離膜では分離が難し
かった CO2 と H2 を効率良く分離できると考えている。
また、高圧条件への適用のために、ポリビニルアルコー
ル（PVA）系の架橋高分子マトリクスを使用し、十分な耐圧性を有する膜材料を開発した。
この成果の実用化を推進するために、現在、RITE 及び住友化学株式会社を組合員とする次世代型膜モジュール技術研究組合（MGM 組合）において、CO2 分離膜、膜エレメントおよび膜分離システムの開発に取り組んで図 9 膜材料（単膜）の CO2/N2 分離性能

いる。NEDO 委託事業「カーボンリサイクル・次世代火力

MGM 膜の試験条件：温度 85℃, 全圧 0.85MPa, 供給発電等技術開発／ＣＯ２分離・回収技術の研究開発／二酸化炭素分離膜システム実用化研究開発／高性能 CO2
分離膜モジュールを用いた CO2―H2 膜分離システムのガス組成 CO2/N2=20/80
文 献 ： Kamio et al., J. Chem. Eng. Jpn., 56(2023) 2222000.

研究開発」においては、これまでの成果に基づいて膜エ
レメントの CO2 分離性能・耐久性向上と商用サイズ膜モ
ジュールの開発、CO2 の利用プロセスに適する膜分離シ
ステム設計等、社会実装を目指した開発に取り組んだ。
膜材料の開発については、新たに本分離膜の適用先として小型中圧の水素製造装置を想定し、中圧条件向けに膜材料の改良を実施した。その結果、改良膜材料（単膜）の分離性能を向上させることができた。分離性能試
験の結果を図 9 に示す。
膜材料の改良により、CO2 パーミアンス、CO2/N2 選
択性共に向上させることに成功し、水素製造装置に適用するために必要な分離性能を示す膜材料が得られた。
膜エレメントの開発については、エレメント径が従来の4 倍、エレメント長さが従来の 3 倍である 20cm 径、60cm 長の商用サイズ膜エレメントの開発に成功し、商用サイズ膜エレメントの製作技術を確立することができた（図 10）。2024 年度からは、小型中圧水素製造シス
テム(CO2 回収型水素製造装置)の実証試験に向けた新しい事業を開始する。

図 10 CO2 分離膜、膜エレメント（大面積の膜、支持体および流路材等の部材を一体化したもの）および膜モジュー
ル（膜エレメントと収納容器（ハウジング）を組み合わせたもの）６. 大気中からの CO2 回収技術
「ビヨンド・ゼロ」を可能とする技術を 2050 年までに確立することを目指す「革新的環境イノベーション戦略」のイノベーション・アクションプランを後押しするための制度の一つとして 2020 年度より NEDO「ムーンショッ
ト型研究開発制度」がスタートした。
RITE は、この中の目標４「2050 年までに、地球環境

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RITE Today 2024

再生に向けた持続可能な資源循環を実現」の「（1）温室効果ガスを回収、資源転換、無害化する技術の開発」において、金沢大学および三菱重工業株式会社と協力して、大気中からの高効率 CO2 分離回収・炭素循環技術の開発に取り組んでいる。
大気中から直接 CO2 を回収する技術は Direct Air
Capture(DAC)と呼ばれている。DAC はネガティブ
エミッション技術として期待されており、前述の「（1）温室効果ガスを回収、資源転換、無害化する技術の開発」
では、他にも DAC に関する研究テーマが 6 件採択され、

図１２ DAC ラボ試験装置

202３年度からは 6 件中 5 件が継続中である。

図 11 大気中からの高効率 CO2 回収・炭素循環技術の開発RITE はこれまでの知見を活かし、大気中の CO2 を効果的に吸収・脱離する新たなアミンの開発を実施するとともに、大量の空気を通過させることができるように固体吸収材をハニカム等の圧力損失の少ない構造体にする技術、吸収した CO2 を圧力と温度スイングにより低エ

図１３ DAC システム評価装置の概念図（上）と装置を設置した DAC 実験棟（下：RITE 敷地内）

ネルギーで脱離させる技術についても検討を進めている。ラボ試験装置（図 12）での基礎データの収集、プロ

７. CO2 分離素材の標準評価共通基盤の構築

セスシミュレーションによるアミン・吸収材構造の改良指脱炭素化に向けては、電力部門・産業部門ともに燃料

針策定と最適運転条件の予測、DAC システム評価装置

やエネルギー源の転換が進むが、一定の化石燃料需要（図１３； 三菱重工業株式会社にて設計・製作、RITE 敷は残存し、CO2 排出も必然的に避けられない。そのため、地内に設置）での性能検証により、吸収材とシステムの比較的 CO2 排出量の少ない天然ガスの燃焼によって排性能向上を図っている。２０２５年には大阪・関西万博会出される CO2 濃度 10%以下の低圧・低濃度排ガスから場にて最大０．５t-CO2/day 規模のベンチスケール実の CO2 分離回収に対して、低エネルギー・低コスト技術

証試験を行う予定である。

の開発が必要である。RITE は、2022 年 5 月に、国立研究開発法人産業技術総合研究所と共同で、NEDO 委

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研究活動概説 ● 化学研究グループ

託事業「グリーンイノベーション基金事業／CO2 の分離

Network）等の国際会合に参加し、海外の機関との協回収等技術開発プロジェクト／低圧・低濃度 CO2 分離回

力体制構築にも努めている。RITE は、本事業を通して、収の低コスト化技術開発・実証／CO2 分離素材の標準

CO2 分離素材開発に関わる企業・機関が活用できる国

評価共通基盤の確立」を受託した。カーボンニュートラル

内初の実ガス試験センターを提供する予定であり、今後社会実現を念頭に、世界で拡大する CO2 分離回収市場も我が国が CO2 分離回収技術において世界のトップラにおいて国内企業の産業競争力を強化してシェアを拡ンナーであり続けるよう、国内の CO2 分離素材開発の大することを支援するため、新規の CO2 分離素材を実促進に貢献する。

ガスを使って性能評価できる共通基盤の構築を実施する。

８． CO2 を原料とするメタノール合成技術の開発

本事業は、2022 年から 2030 年までの 9 年間を予CO2 有効利用技術は CO2 削減に効果的であり、世界定（第 1 期：2024 年度まで）し、次の研究開発項目を実各国で盛んに研究開発・実証検討が行われている技術施する。(a)実ガスを用いた標準評価法の策定（実ガスである。その中で CO2 の水素化による有効利用は反応

試験センターの設置・運営）、(b)革新的分離素材開発ににより水が生成し、その水が触媒の劣化、反応速度の低向けた標準評価法の確立、(c) 耐久性評価手法の開発、下の原因となる。また、多くは発熱反応であり、反応によ(d)データベースの構築と標準評価法の普及。

り発生した熱を如何に効率的に除去するかも課題の一

2024 年度までの 3 年間において、発電所排ガスおつである。これらの課題を解決すべく、RITE では膜反よびボイラー排ガス等を想定した燃焼排ガスを対象とす

応器による高効率かつ省エネルギー型の CO2 有効利用

る CO2 分離素材を評価するために、実ガスを用いて評技術、特に CO2 を原料としたメタノール合成技術の開発

価する実ガス試験センターを RITE 本部研究所内に設を行っている。

置するとともに、標準評価法の素案を策定する。実ガス

RITE ではこれまでに、高い水熱安定性と透過分離性試験センターは、図１4 に示すように、吸収液、吸着材お能を兼ね備える脱水膜（Si-rich LTA 膜）の開発に成功

よび膜の各 CO2 分離技術の試験設備と、燃焼排ガスをするとともに、その新規脱水膜を適用したメタノール合供給するボイラーで構成し、2023 年度までに基本設計

成膜反応器は従来の触媒充填層型反応器よりも３倍のが終了している。

CO2 転化率を示すことを実験的に明らかにしてきた。現
在は、NEDO 委託事業「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／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、開発した脱水膜の長尺化を検討しており、比較的に高い透過分
離性能を有する実用的長さの脱水膜を合成することに

図 14 実ガス試験センター全体構成成功した。加えて、メタノール合成の反応温度域で目標(各分離法に実ガスを供給：約 0.1t-CO2／day 相当)

値 （ H2O 透 過 率 ： 1 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1,
H2O/MeOH 選択性： >1,050）を達成することができ

近年、カーボンニュートラルに向けた CO2 分離素材のた。特筆すべきは、長尺脱水膜の透過性が目標値の約２開発において、世界では共通基盤の確立が進んでいる

倍の高透過性を発揮しており、これは膜反応器に適用しが、日本ではそのような基盤が整備されておらず、プロた際、メタノール合成効率の向上効果を期待することがジェクト推進協議会を通じて国内企業の意見を収集するできる成果である（図 15）。この性能を有する実用的長と と も に 、 ITCN （ International Test Center

さの脱水膜を複数本具備したベンチスケール膜反応器

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RITE Today 2024

研究活動概説 ● 化学研究グループ

試験を JFE スチール（福山）にて実施中である。 また、実用的長さの脱水膜の再現性向上を検討しており、図16 に示す様に、合成条件を精査することにより、ラボス
ケール試験（図中のチャンピオンデータ）と同等程度の長尺膜を合成することに成功した。これは、すでに市販されている脱水膜よりも高い、あるいは同等程度の性能を有していた（図中の＋のプロット）。また一般的な脱水膜である LTA 型ゼオライト膜と比較して Si-rich LTA 膜
は高い水熱安定性が期待できるため、これまで LTA 型
ゼオライト膜では適用の難しかった分離系への展開が可能になると考えられる。

図 16 長尺脱水膜の H2O/MeOH 透過分離性能

9. He 回収を目的とした無機系分離膜の開発
これまで RITE では水素製造を目的としたシリカ膜の開発を手掛けており、水素キャリアのひとつであるメチ
ルシクロヘキサン（MCH）脱水素をはじめとして様々な反応により生成した水素を選択的に透過させることが可能な各種シリカ膜の製膜に成功している。シリカ膜は、対向拡散 CVD（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法を用いて製膜しており、多孔質基材の内側に
図 15

長 尺 脱 水 膜 （ 100 mm カ ッ ト サ ン プ ル ） の酸素（O2）を、外側にシリカ源を供給することで、お互い

H2O/MeOH 透過分離性能

が基材細孔内を拡散していき、出会ったところでシリカが析出する（図 17）。細孔内がシリカで埋まると、埋め切れていない箇所で優先的に反応が起こるため、比較的性能の高いシリカ膜を再現よく製膜することが可能である。

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RITE Today 2024

研究活動概説 ● 化学研究グループる。2020 年からは、民間企業との共同研究により、鉄鋼スラグ、廃コンクリート等から湿式でアルカリ土類金属を抽出し、工場等から排出される CO2 を、安定した化合物である炭酸塩として回収する技術開発、生成した炭酸塩の有効技術の開発(図 18)に取り組んでいる。
本プロセスにおいて、これまで、反応温度の低下と反応時間の短縮による省エネ化、一度使用した液を再度使用するプロセス(再生液適用)を確立した。そして、スケールアップが可能なプロセスであることも明らかにした。
図 17 対向拡散 CVD 法によるシリカ膜の製膜イメージ

加えて、抽出時に使用する液を改良することで、材料コストの低下も期待できる。現在、これまで明らかにしてき

昨今、世界的なヘリウム危機が問題となっており、如何に確保できるかが重要となっている。また、省エネル

た知見と情報を基に、本プロセスの事業化を目指した検討を行っている。

ギー性を考えると相変化を伴わない膜分離法でヘリウムを回収する方法が良いと考えられる。分子サイズは、ヘリウムが最も小さく、0.26 nm であり、そのほかの小分子のサイズは H2：0.29 nm, CO2：0.33 nm, N2：
0.36 nm, CH4：0.38 nm であることを考えると、これまで RITE にて開発してきた水素分離用のシリカ膜はヘリウム分離に十分適用可能であると考えられる。現在、「NEDO 先導研究プログラム／新産業・革新技術創出に向けた先導研究プログラム／不燃性ガス田における高効率ヘリウム膜分離回収技術の開発」にて一般財団法人
ファインセラミックスセンターからの再委託を受け、ヘリ
ウム分離用シリカ膜の長尺化を検討している。

１０. 炭酸塩固定化技術
CO2 鉱物化（CO2 mineralization）は、ネガティブ
エミッション技術の一つである風化促進（Enhanced
weathering）の要素技術であり、CO2 をアルカリ土類
金属と反応させ、化学的に安定な炭酸塩として固定化する技術である。更に近年は、カーボンニュートラル社会の早期実現に向けて、CO2 を資源として有効活用する技
術課題への注目が高まっており、産業分野の廃棄物や副産物に含まれるアルカリ土類金属を用いた CO2 炭酸塩固定化技術の研究開発が国内外で進められている。
RITE は、CO2 を炭酸塩として固定化する技術において、長年にわたり培ってきた独自プロセスを保有してい

図１8 CO2 炭酸塩固定化および有効利用技術

1１．実用化・産業化に向けた取り組み
産業連携部門のコアとなるのは、「産業化戦略協議会」
で、民間企業計 33 社（202４年 4 月現在）と特別会員として、一般社団法人ファインセラミックスセンターが参画している。
2023 年度からは、革新的環境・エネルギー技術に資する CO2 分離回収・有効利用技術を確立することを目的に活動内容を広げて以下の事業を推進した。
【全体活動】① 研究会の実施② 会員限定無料セミナーの実施③ 会員向けニーズ・シーズ情報、ホットトピックスの発
信④ シンポジウムの開催

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RITE Today 2024

研究活動概説 ● 化学研究グループ【個別活動】

ン技術にも力を注ぐ。CO2 濃度が低くなると、その分処① 共同研究、国費事業の立案・予算申請および獲得

理すべきガス量が増大し、また酸素濃度も高いため、今② 研究部門への研究員派遣の受け入れ

後はより低コストで劣化耐性の高い材料開発とそれに対③ 技術相談の“優先”受付

応したシステム開発が重要となる。これら技術開発を一④ 会員企業のニーズとシーズのマッチングを仲介層に加速させ、より省エネルギーで低コストが可能な
CO2 分離･回収技術を早期に社会実装できるよう取り

202３年度は CO2 分離回収研究会と膜反応器の２つの研究会を実施した。

組んでいく。
具体的には、化学吸収法では実用化されている化学

CO2 分離回収研究会では、化学研究グループより、最吸収液のさらなる普及、高度化を目指す。固体吸収法で新の DAC 技術について、各 DAC 企業の技術概要とトは、2023 年度から始まる石炭火力燃焼排ガス向け

ピックス紹介を行った。

40t-CO2/day 規模のパイロット試験を確実に実行す

膜反応器研究会では、化学研究グループより、膜反応

るとともに、新たに開始している天然ガス火力燃焼排ガ

器全般に関する情報提供、CO2 フリー水素製造に関するス向けの新規吸収材開発を着実に遂行する。DAC 技術

情報提供を行った。

開発については、2025 年大阪・関西万博でのベンチス

会員限定無料セミナーは会場＋オンラインで３回開催

ケール実証へ向け装置の製作・吸収材の製造を行う。膜

し、大学、民間企業の研究者から CO2 分離回収および有分離法では、後継事業として 2024 年度から「高圧用Ｃ

効利用に関する最新の研究開発動向や開発事例の講演

Ｏ２分離膜の水素製造システムへの適用性検討」を開始を行い、活発な質疑・応答が行われた。

した。標準評価法の確立については、2024 年度中に実さらに、講演内容に関連する特許・文献調査を行い、化学研究グループ研究員のコメントを記載した「ニーズ・

ガス試験センターを竣工し、実ガスを使用した試験を開始する。

シーズ情報」を 2 回、学会トピックスや経済産業省、

また、分離・回収した CO2 の有効利用（Utilization）

NEDO の最新情報を記載した「ホットトピックス」を 1 回やそのために必要となる水素製造技術への取り組みも発信し、会員の技術開発推進と知見向上に寄与した。

継続して推進する。鉄鋼スラグや廃コンクリート等へのまた、2024 年 2 月に開催した「革新的 CO2 分離回CO2 炭酸塩固定化技術開発に加え、今後は、CO2 を燃

収・有効利用技術シンポジウム」のポスター発表では、産料や化学原料にリサイクルする新たな探索研究にも力を業化戦略協議会の取り組みに加えて、会員企業 2 社か入れていく。さらに、実ガス試験センターの設置、産業化らも参加いただいた。

戦略協議会の活動を通した、CO2 分離回収の産業界の皆様との連携をますます強化していくことも継続して推

1２. おわりに
化学研究グループでは、今後も継続して、様々な排出進する。国内 CO2 分離回収技術のさらなる発展、貢献できるよう取り組む所存である。

源を対象とする CO2 分離･回収技術開発を精力的に推し進めていく。各テーマにおける個々の研究課題に精力的に取り組み、実用化ステージに近いものは、スケールアップ検討や実ガス試験を通して早期の技術確立、社会実装を目指し取り組んでいく。低濃度の CO2 排出源にも対応できるよう技術開発を進める必要がある。脱炭素化に向けた持続可能開発シナリオで CO2 回収の寄与が大きく期待される DACCS などのネガティブエミッショ48