◆ 未来社会を支える温暖化対策技術シンポジウム in 関西 ◆「カーボンニュートラル達成に向けた新たなCO2分離回収技術開発への取り組み」
2022年9月22日(公財)地球環境産業技術研究機構（RITE）
化学研究グループ
余語 克則

1

内容
• RITEのこれまでのCO2分離回収技術開発状況（分離膜、固体吸収材）• グリーン成長戦略とグリーンイノベーション基金事業
でのRITEの新たな取り組み• カーボンニュートラルの達成に向けた海外のDAC（Direct Air Capture）技術開発の動向とムーンショット
事業でのRITEの取り組み• まとめ
2

RITEにおけるCO2分離回収技術の研究開発
2000

高圧ガス
（2.4MPa）

2005

アミン吸収液

2015

2020

2025

2030

IGCC
ポリイミド膜
（常圧用）

分離膜
高炉ガス
（22％-CO2)2010

膜組成・製膜法

膜材料開発

エレメント化・実ガス試験

大規模化、システム検討

二酸化炭素
二酸化炭素分離膜
分離膜モジュ モジュール実用化
ール研究開発 研究開発
事業

分子ゲート機能
CO2分離膜の技術研究開発二酸化炭素
分離膜システム
実用化研究開発

ESCAP®

用途展開（水素製造
プラント等）

産業利用

（新居浜）

ESCAP®

1 ton-CO2/day

（室蘭）

COCS
COURSE50

30 ton-CO2/day

Phase I STEP1

Phase I STEP2

PhaseⅡ

GI基金

高性能化

燃焼排ガ
ス
（13%-CO2）～3 kg–CO2/day

固体吸収材

大気
（400ppm）
固体吸収材（ラボ試験＠RITE）

二酸化炭素
固体吸収材等
研究開発事業

5 t–CO2/day

40 ton-CO2/day(ベンチスケール試験＠KHI） (パイロットスケール試験＠発電所）

先進的二酸化
炭素固体吸収材
実用化研究開発

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
基礎検討開始ムーンショット型
研究開発事業

大規模化
パイロット
3
試験

カーボンリサイクル・次世代火力発電事業：
高性能ＣＯ２分離膜モジュールを用いたＣＯ２-Ｈ２膜分離システムの研究開発〈概要〉
・高圧ガスからCO2を分離･回収するのに有効な分離膜技術（分子ゲート膜：
高密度のアミノ基を有するデンドリマーを用いた高性能CO2分離膜材料）を用いた、膜モジュールおよび膜分離システムの実用化研究〈適用先〉①IGCC（CO2/H2分離） 「火力発電、工程ガス、CO2濃度が10%を超えるガス」②水素製造プラント（CO2/H2分離） 「化学産業、工程ガス、CO2濃度が10%を超えるガス」〈用途〉①液化＋貯留②Utilization（アルコール合成等）

膜分離システム

適用先①：CO2分離回収型IGCCシステム

膜分離システム

適用先②：水素製造プラント

4分離膜（分子ゲート膜）について＜従来のCO2分離膜＞

CO2＜分子ゲート膜（保有技術）＞
H2の透過を阻害し、CO2を選択的に透過する機能膜

H2

膜断面

H2に対するCO2選択透過性（分離係数：α）
α < 1 （分子ふるい性膜）～ 10 （溶解選択性膜）

供給側

高圧
圧力

低圧
透過側

分子サイズ(nm)
H2 ＜ CO2 ＜ N2 ＜ CH4
0.29
0.33
0.36 0.38

低いCO2/H2選択性⇒適用困難※高圧条件での吸水性維持のためカルボキシル基導入※分離性能向上のため
炭酸塩（炭酸セシウム）
添加

高いCO2/H2選択性＋高い耐圧性⇒高圧ガス（IGCC、水素製造）からの分離に適している。

5

分離膜技術の研究開発の流れと事業の範囲
前事業

現行事業の範囲

計画中

要素技術開発製造技術開発実証・実用化①膜材料開発②エレメント作製技術開発①CO2分離性能・耐久性向上

エレメント構造改良②スケールアップ

膜モジュール(膜エレメント＋収納容器)

膜分離システムの実証・
実用化

IGCC

連続製膜

膜エレメント

システム検討

水素製造プラント• 幅広連続製膜• 膜モジュール※のスケールアップ• CO2排出源および用途に適した膜分離システムの基本設計• 実機膜モジュール、シス
テムの製造• 実ガス性能評価、システ
ム検証

スイープ式膜エレメント• 連続製膜技術• エレメント構造の改良• 膜エレメント製作技術（スイープ式）• 膜素材開発• 膜組成最適化

6

海外の分離膜技術開発動向：（米国DOE※）
研究機関

分離膜

規模

特徴等

主適用先

MTR

PolarisTM membrane

ラボ

高透過性支持膜の開発
高選択性・透過性分離機能素材の開発

燃焼後GT, University at Buffalo

酸化グラフェン(GO)系膜

ラボ

GO 膜の開発とスケールアップ

燃焼後

NETL Research &Innovation Center

ゴム状ポリマーブレンド膜

ラボ

高機能素材ゴム状ポリマーブレンドの複合薄膜開発及びとス
ケールアップ

燃焼後

The Ohio State
University

促進輸送膜

ベンチ

促進輸送膜材料、支持膜、膜エレメントの開発

燃焼後University at Buffalo,
SUNY

金属有機多面体ベースの膜

ラボ

高性能金属有機多面体（MOP）ベースの複合薄膜の開発

燃焼後

RSS Solvent Research Team,NETL energy tech. lab.

ポリアミド膜ラボ

燃焼前回収のための高温での水素分離

燃焼前
IGCC

MTR

PolarisTM membrane

設計

2700 ton/d, 16% CO2 (dry)のセメント工場への適用を想定した
膜分離システムの設計

セメント
工場

(Cemex Balcones)

MPT

Ceramic Membranes

ラボ

燃焼前回収のための無機膜、膜モジュール、膜プロセスの開
発

燃焼前
IGCC

MTR

PolarisTM membrane

パイロット（10～ MWe）
TRL7（WITC）

商業化に向けた大型パイロット試験

燃焼後
EOR

TDA Research, Inc.

膜＋吸着剤
ハイブリッドプロセス

パイロット（0.5～1 MW）

MTR社の膜と表面改質したメソポーラスカーボンの組合せ

燃焼後
石炭

MTR

PolarisTM membrane

パイロット（10TPD）

2段膜システムの開発。ノルウェーTCMでの実証試験

燃焼後

GTI + OSU

促進輸送膜

ラボ

促進輸送系の膜材料、膜エレメントの開発
Wyoming Integrated Test Centerでの実証試験を予定。

燃焼後
石炭大規模化はMTR社がリード（TCM(10TPD)、WITC（150TPDを計画))、その他は新規膜のラボ～ベンチ試験※2022 Carbon Management Project Review Meeting - Point Source Carbon Capture （August 15-19, 2022）（https://netl.doe.gov/22CM-PSCC-proceedings）

7

カーボンリサイクル・次世代火力発電事業：
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【目的】 固体吸収材の性能向上及び大量製造技術、プロセス検討を可能とするCO2分離・回収
各工程のシミュレーション技術等、CO2固体吸収法に関する基盤技術の開発

倉庫保管

5t/day)【これまでの成果と今後の予定】
パイロットスケール試験（2023～2024年度）に向け、100m3スケールで固体吸収材の製造を実施
材料改良検討（特許2件出願）、シミュレーターの精度向上及び効率的な運転プロセスの検討を実施⇒ 今後、パイロットスケール試験用材料の製造を完了し、実用化に向けて製造プロセスの最適化検討を実施

8

CCUS研究開発・実証関連事業：
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～FY2019（基盤技術開発）

FY2020

FY2021

FY2022

FY2023

FY2024パイロット試験（40 t/day）

パイロット試験設
備詳細設計
パイロット試験設備製作★
7月着工

実ガス試験・プロセス評価
ベンチスケール試験（～5 t/day)

改造・効率改善

撤去
材料開発
性能向上のための材料改良

材料の評価・改良

試験用材料提供
製造プロセスの最適化
試験用材料製造プロセス開発ラボスケール試験(～3 kg/day)

シミュレーターの高精度化と最適運転プ
ロセスの検討

材料製造方法の改良・技術確立
サプライチェーン構築
シミュレーターの改良

使用環境等に応じた性能予測

9固体吸収材開発の海外動向：（米国DOE※）
研究機関

材料、性能

規模

特徴等

主適用先

Chevron U.S.A. Inc.、
Svante, Inc.他

新規MOF系吸着剤；性能記載なし

25TPD（予定）

Svante社の新規MOF吸着剤およびシステムの実証試験

燃焼後
石炭、天然ガス

InnoSepra, LLC

新規物理吸着剤
プロセス

ベンチ＠TCM（予定）（4TPD）

TCMでの実証試験
将来、100TPD（TCMの25倍規模）での実証試験を予定

燃焼後
石炭Electricore, Inc.
Svante, Inc.

アミン系固体吸収材／MOF系吸着剤（VeloxoTherm™）

ベンチ（0.001～
0.01TPD）

アミン系固体吸収材、MOF系吸着剤の構造体（Structured sorbent）開発。
1 TPD の実証試験を計画中

燃焼後
セメント

TDA Research Inc.

新規MOF系吸着剤；

ラボ

MOF系新規吸着剤（MOFの合成ス
ケールアップ、ペレット化技術）の開発

燃焼後
石炭

GE Research
TDA
UCB

吸着剤： MOFおよびSSSA（アミン）；高分子系担体

ラボ

吸着剤と高分子系担体の組合せによるコンタクター

燃焼後
天然ガス

CORMETECH, Inc.
Global Thermostat

ポリエチレンイミンとモノリス担体によるコンタクター

ベンチ

DAC用の技術のNGCCへの展開

燃焼後
天然ガス

TDA Research Inc.
MTR

高分子系吸着剤。

ラボ

マイクロ波を利用した新規TSA(MTSA)。

燃焼後
天然ガス

固体吸収材（吸着剤）開発：ラボ～ベンチスケールで新しい材料評価が行われている10※2022 Carbon Management Project Review Meeting - Point Source Carbon Capture （August 15-19, 2022）（https://netl.doe.gov/22CM-PSCC-proceedings）

内容• RITEのこれまでのCO2分離回収技術開発状況（分離膜、固体吸収材）• グリーン成長戦略とグリーンイノベーション基金事業
でのRITEの新たな取り組み• カーボンニュートラルの達成に向けた海外のDAC（Direct Air Capture）技術開発の動向とムーンショット
事業でのRITEの取り組み
• まとめ
11

2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略（経産省他：令和２年12月策定、令和３年6月18日具体案策定）

12

グリーンイノベーション基金： グリーン成長戦略の政策ツールの一つ
グリーンイノベーション基金事業の基本方針（概要）https://www.meti.go.jp/policy/energy_environment/global_warming/gifund/index.html

13

グリーンイノベーション基金事業：採択テーマ（METI, NEDO HP掲載情報をもとに作成）

分野
WG1

WG2

WG3

PJ名

予算規模

実施者(複数テーマ参画企業の重複記載省略）①洋上風力発電の低コスト化

1,195

大同メタル工業、石橋製作所、NTN,駒井ハルテック、日立造船、鹿嶋建設、三井海洋開発、東洋建設、古川電工、JERA,ジャパンマリンユナイテッド、日本シップヤード、ケイライン・ウインド・サービス、東亜建設工業、東京電力リニューアブルパワー、東京電力ホールディングス、戸田建設、東京ガス、東北電力、北陸電力、電源開発、中部電力、関西電力、中四国電力、九電未来エナジー、住友電工、古川電工、東芝エネルギーシステムズ、三菱電機②次世代型太陽電池の開発

498

積水化学、東大、立命館大、東芝、エネコートテクノロジーズ、京都大、アイシン、カネカ、AIST③大規模水素サプライチェーンの構築

3,000

ENEOS、日本水素エネルギー、岩谷産業、ＫＨＩ、ＪＥＲＡ，関電、物材研、④再エネ等由来の電力を活用した水電解による水素製造

700

旭化成、日揮ホールディングス、山梨県、東京電力ホールディングス、東京電力エナジーパートナー、東レ、
日立造船、シーメンス・エナジー、三浦工業、加地テック、AIST⑤製鉄プロセスにおける水素活用

1,935

日本製鉄、JFEスチール、神戸製鋼所、金材研、⑥燃料アンモニサプライチェーンの構築

688

千代田化工建設、JERA,東京電力ホールディングス、出光興産、東大、東工大、阪大、九大、IHI、MHI、東北大、AIST

⑦CO2等を用いたプラスチック原料製造技術開発

1,262

三井化学、丸善石油、東洋エンジニアリング、双日マシーナリー、ブリジストン、ENEOS,日本ゼオン、横浜ゴム、住友化学、東ソー、三菱瓦斯化学、浮間合成、三菱ケミカル、人口光合成化学プロセス技術研究組合⑧CO2等を用いた燃料製造技術開発

1,152.8

ENEOS、AICE、出光興産、大阪ガス、AIST、東京ガス、IHI、JAXA,古川電工⑨CO2を用いたコンクリート等製造技術開発

567.8

鹿嶋建設、デンカ、竹中工務店、安藤・間、内山アドバンス、灰孝小野田レミイコン、大阪兵庫生コン工業組
合、大成ロテック、電中研、東大、太平洋セメント、住友大阪セメント⑩CO2の分離回収等技術開発

382.3

千代田化工建設、JERA、RITE、デンソー、昭和電工、日本製鉄、住友化学、OOYOO、エア・ウォーター、戸田工業、埼玉大、東邦ガス、名古屋大、AIST⑪廃棄物・資源循環分野におけるカーボンニュトラル実現---⑫次世代蓄電池・モータの開発

1,510

本田技研工業、本田技術研究所、日産自動車、GLユアサ、パナソニックエナジー、マツダ、APB、住友金属鉱山、アルバック、
出光興産、大阪ソーダ、関東電気化学工業、JX金属、JERA、住友化学、日立製作所、日立Astemo、日立インダストリアルプロ
ダクツ、大同特殊鋼、東北特殊鋼、デンソー、日本電産、愛知製鋼⑬電動車等省エネ化のため車載ｺﾝﾋﾟｭｰﾃｨｸﾞ･ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ技
術の開発

420

ティアフォー、ソニーセミコンダクタソリューションズ、日本自動車研究所⑭スマートモビリティ社会の構築

1,130

AIST、自動車技術総合機構、交通安全環境研究所、電中研、ダイナミックマップ基盤、日本郵便、ヤマト運輸、Commercial
Japan Partnership Technologies、佐川急便、西濃運輸、セブンイレブンジャパン、日本通運、ファミリーマート、福山通運、ロー
ソン、第一交通産業、電脳交通、Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Technologies、みちのりホールディングス、東京電力ホールディングス、関東自動車、
福島交通、茨城交通、関西電力、大阪市高速軌道、ダイヘン、大林組、東日本高速道路⑮次世代デジタルインフラの構築【追加 】IoTセンシグプラットフォーム構築

1,410

ローム、東芝デバイス＆ストレージ、東芝エネルギーシステムズ、デンソー、オキサイド、Mipox、セントラル硝子、昭和電工、富士通、アイオーコア、富士通オプティカルコンポーネンツ、京セラ、
日本電気、キオクシア、日本ゼオン⑯次世代航空機の開発

210.8

KHI、MHI、新明和工業⑰次世代船舶の開発

350

KHI,ヤンマーパワーテクノロジー、ジャパンエンジンコーポレーション、日本郵船、日本シップヤード、IHII原動機、伊藤忠商事、三井E＆Sマシーナリー、川崎汽船、NSユナイテッド海運、日立造船、商船三井⑱食料・農林水産業の CO2等削減・吸収技術の開発

159.2(9/7時点未定）⑲バイオものづくり技術によるカーボンリサクル推進---(9/7時点未定）【追加 】電動航空機の開発(9/7時点未定）

14

高性能吸収液の開発
COURSE50 Phase I（2008～2017）〃 Phase II（2018～2021）

GI基金事業等（2021～2029）（水溶液系吸収液）
RN-1~4（新規混合溶媒系吸収液）（混合溶媒系吸収液）
RN-X
RN-5,6RN-7➢
1.6
GJ/t-CO✓ 非水溶媒の利用技術
2を確実にする吸収液開発✓ 2.0 GJ/t-CO2の性能（新規有機溶媒探索、組成検討、を開発し、1.6 GJ/t新規CAT-LABによるプロセス検討）
CO2の性能に到達✓ 標準液（MEA液*）➢ 水素還元高炉製鉄排ガス（CO2濃度より優れる✓ 触媒との相乗効果変動）に対応した吸収液開発
・劣化耐久性を確認
・金属腐食性➢
金属腐食性に対する技術開発✓ 金属腐食性低下
小型連続試験装置（CAT-LAB）

1 t/d-CO2
規模（CAT-1）30 t/d-CO2規模（CAT-30）
2.3 GJ/t-CO2達成

商用機ESCAP®**
市村地球環境産業賞を受賞

適用先：製鉄排ガス
石炭火力燃焼排ガス（120t/d）（143t/d）* MEA液：モノエタノールアミン水溶液** ESCAP ® ：日鉄エンジニアリング㈱の省エネ型CO2回収設備

実ガスベンチ試験➢ 吸収液性能実証➢ ガス中不純物影響
評価➢ プロセス要素技術
開発
パイロット
プラント試験

社会実装➢ 水素還元高炉との連動試験による
技術実証

15

アミン化合物・アミン吸収液の開発
立体障害基：R1, R2, R3, R4
・ カーバメート生成
・ CO2放散性
・ 反応熱
R5

R1

R2

R6
C

N
Monoethanolamine(MEA)

ヒドロキシ基: OH・ 電子吸引性 （アミノ基の活性化）
・ 親水性 （水への溶解性）
・ 水素結合生成 （揮発性）

C

OH

R3 R4
アミン構造の例

第１ステップ・ 市販アミンのスクリーニング・ アミン組成物
第２ステップ・ 新規アミン構造の設計・合成

アミノ基: N・ 電子密度 （電子供与性）
・ CO2との反応 （カーバメートアニオンまたはバイカーボネートアニオン生成）・ プロトン親和性 （プロトン化アンモニウムカチオン生成）・ １，２，３級アミン、アミノ基数16吸収液開発の海外動向：（米国DOE※）
研究機関

液、性能

規模

特徴、動向等（★：液開発が主テーマ）

主適用
先

University of Illiois,
Linde、BASF

新規アミン水溶液； 2.3GJ/tCO2 (Optimized BASF OASE®
blue solvent)

パイロット（10MW）★ Linde-BASF吸収液を用いた大規模なパイロット試験（建設中）

燃焼後
石炭

SRI International

新規Mixed-Salt系吸収液(K2CO3–
NH3–amine-H2O system)；
2.2GJ/t-CO2

ベンチ
Absorbers(0.25TPD)★ 新規Mixed-Salt系吸収液およびMixed-Salt Process (MSP) の開発

燃焼後
石炭

RTI International

非水系吸収液； 2.6GJ/t-CO2

パイロット（12MW）★非水系吸収液を用いたシステム。
TCMでの実ガス試験

燃焼後
石炭

ION Clean Energy,
Inc.

非水系吸収液；2.5～2.6 GJ/ｔ-CO2

パイロット（0.5 MWe）★分離性能、安定性の高い新規非水系吸収液の開発

燃焼後
石炭

University of Illinois
at Urbana-Champaign

相分離型吸収液；2.2GJ/ｔ－CO2

ベンチ（40kWe）★相分離型吸収液を用いた分離プロセ
スの開発

燃焼後
石炭

GTI 、他

メンブレンコンタクター（MDEA利用）； 回収率>90%、
エネルギー性能は報告無し

パイロット（0.5 MWe）

中空糸状メンブレンコンタクター
名称“Carbo-Lock™” Hollow Fiber
Contactor Technology

燃焼後
石炭

GTI

現状）アミン水溶液
将来）MEA 90 wt.% and APBS 2
APBS: Amine Promoted Buffer
Solutionsベンチ（1TPD）

GTI社の新規吸収液システム（ROTACAPTM: Process）の研究開発

燃焼後石炭パイロットスケールの実証試験が中心。他、新規システムのベンチスケールでの研究開発。

17※2022 Carbon Management Project Review Meeting - Point Source Carbon Capture （August 15-19, 2022）（https://netl.doe.gov/22CM-PSCC-proceedings）

グリーンイノベーション基金事業／CO2の分離回収等技術開発プロジェクト【研究開発項目】 低圧・低濃度CO2分離回収の低コスト化技術開発・実証
採択テーマ

実施者(*幹事企業)

開発内容

適用先

研究開発内容① 天然ガス火力発電排ガスからの大規模CO2分離回収技術開発・実証
1.

天然ガス燃焼排ガスからの低コストCO2分離・回収プロセス商用化の実現• 千代田化工建設株式会社*• 株式会社 JERA
• 公益財団法人地球環境産業技術研究機構

固体吸収材• 天然ガス火力発電

研究開発内容② 工場排ガス等からの中小規模CO2分離回収技術開発・実証
2.

工場排ガス等からの中小規模CO2分離回収技術開発・実証• 株式会社デンソー

電界式CO2回収技術（電圧印加による吸脱着）

• 工業炉

3.

革新的分離剤による低濃度CO2分離システムの開発• 昭和電工株式会社*• 日本製鉄株式会社

柔軟型PCP（多孔性配位高分子, MOF)• 鉄鋼• 石油化学4.

分離膜を用いた工場排ガス等からのCO2分離
回収システムの開発• 住友化学株式会社*• 株式会社 OOYOO

CO2分離膜

• 工場排ガス

5.

Na-Fe 系酸化物による革新的CO2分離回収技術の開発• エア・ウォーター株式会社*• 戸田工業株式会社• 国立大学法人 埼玉大学

Na-Fe系酸化物• 工場排ガス（ボイラー等）6.

LNG未利用冷熱を活用したCO2分離回収技
術開発・実証• 東邦瓦斯株式会社*• 国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学

Cryo-Capture®（化学吸収法と冷熱利用技術）• 工場排ガス（ガスエンジン等）

CO2分離素材性能や耐久性の標準評価法• 低圧・低濃度
CO2ガス

研究開発内容③ CO2分離素材の標準評価共通基盤の確立
7.

CO2分離素材の標準評価共通基盤の確立• 国立研究開発法人 産業技術総合研究所*• 公益財団法人 地球環境産業技術研究機構18

CO2分離回収技術開発を行う既存事業との関係性*現在はカーボンリサイクル・次世
代火力発電等技術開発

出典：産業構造審議会グリーンイノベーションプロジェクト部会エネルギー構造転換分野ワーキンググループ（第6回）「CO2の分離・回収等技術開発」プロジェクトの研究開発・社会実装の方向性2021年9月、経済産業省

19

グリーンイノベーション基金事業／CO2の分離回収等技術開発プロジェクト【研究開発内容①】天然ガス火力発電排ガスからの大規模CO2分離回収技術開発・実証

天然ガス燃焼排ガスからの低コストCO2分離・回収プロセス商用化の実現
事業の目的・概要（1）天然ガス利用のカーボンニュートラル化に向けて、ガスタービン排ガスからの低濃度CO2分離回収コストの低減を実現できる固体吸収材をコアとする国産技術を開発する。
（2）低コストプロセスを構築し、早期の社会実装につなげるため、商用化を念頭に置いたベンチ試験、実ガス実証試験による技術実証を行う。

実施体制

事業規模など※太字：幹事企業

千代田化工建設株式会社、株式会社JERA、公益財団法人地球環境産業技術研究機構(RITE) 事業規模：約100億円
 支援規模*：約87億円*インセンティブ額を含む。今後ステージゲートでの事業進捗などに応じて変更の可能性あり
補助率など：委託→2/3補助（インセンティブ率は10％）

事業期間2022年度～2030年度（9年間）

事業イメージ
固体吸収材

吸収材開発

プロセス開発

実ガス実証

CO2

排ガス

天然ガスタービン

CO2分離・回収プロセス

化学品、燃料等
CO2利用プロセス(検討中)

天然ガス燃焼排ガスからのCO2分離・回収プロセスの概念図

2022

2024

2030

2026
ステージゲート1

吸収材の開発新規固体吸収材の開発
ベンチ試験
及びラボ試験
性能確認・エンジニアリングデータ取得

ステージゲート2

実ガス実証試験
全体システム検討、長期運転実証20

グリーンイノベーション基金事業／CO2の分離回収等技術開発プロジェクト【研究開発内容③】CO2分離素材の標準評価共通基盤の確立

CO2分離素材の標準評価共通基盤の確立
事業の目的・概要
a. 実ガスを用いた標準評価法の策定：実ガス試験センターを設置・運営し、各種分離素材の標準評価法の策定を行う。
b. 革新的分離素材開発に向けた標準評価法の確立：新規開発された革新的分離素材（吸収液・吸着剤・分離膜）の中立かつ横並びの評価を可能とする、標準ガスを用いた標準評価法を開発する。
c. 耐久性評価手法の開発：分離素材ごとの劣化要因を整理し、その特性に基づいた加速劣化試験法を構築する。同試験法により予測される性能と実ガスを用いた耐久性試験結果を比較し、その妥当性を検証する。
d. データベースの構築と標準評価法の普及：上記の評価結果を蓄積・拡充したデータベースを構築し、国際標準化に向けて標準評価法の普及を図る。
※太字：幹事企業

実施体制

事業規模など

国立研究開発法人産業技術総合研究所
公益財団法人地球環境産業技術研究機構（RITE）

 事業規模 ：約23.5億円
 支援規模：約23.5億円*
 補助率など：委託

事業期間2022年度～2030年度（9年間）

事業イメージ
CO2分離素材の標準評価共通基盤
Stage 0

素
材
・
要
素
技
術
開
発

Stage 1 標準ガスによるスクリーニング(ラボレベル～10kg-CO2/day)
標準ガスを用いた標準評価法のb 設計・構築，
標準評価法のデータを活用した
簡易シミュレーション技術開発

Stage 2 実ガス評価試験と耐久性評価(～100kg-CO2/day)a

実ガスを用いた標準評価法の策定（実ガス試験センターの設置・運営）

d データベースの構築、標準評価法の普及
c

加速劣化試験法の開発

b プロセスシミュレーション, c 妥当性検討

連携・協力

研究開発内容①,②Stage3 実証試験 Stage４商用化(～数百t-CO2/day) (数千t-CO2/day)

パ
イ
ロ
ッ
ト
実
証

実
規
模

21

CO2分離技術に関する国際試験センターネットワーク
International Test Center Network (ITCN)
CO2分離回収技術の研究開発を推進する世界各地の施設のグローバル連合
米国NCCC (National Carbon Capture Center)とノルウェーTCM (Test Centre Mongstad)が共同で2012年に設立
RITE：2017年加入
目的：
CO2分離回収技術の商業化を加速させる知識・情報の共有
特に、CO2回収技術を組込んだ発電やプロセスのコスト削減を可能にする
次世代技術

活動：
会合を年１回開催（GHGTやPCCCの会議開催時）
次回会合（調整中）
2022.10 仏リヨン
GHGT-16開催に合わせて年次総会＠京都（2019）

22

ITCNの実ガス試験センター： 13 Partner
National Carbon
Capture Center(NCCC)* SaskPower
Shand power
station* Energy
Environment
Research Center(EERC)

Applied Energy
Research(Uky-CAER)

Test Centre
Mongstad(TCM)

SINTEF* E.OnWilhelmshavenpower plant

国

米国

カナダ

米国

米国

ノルウェー

ノルウェー

ドイツ

運営

Southern
Company

SaskPower

North Dakota
大学

Kentucky大学

Gassnova

（独立研究
組織）

E.On

2009

2015

-

2008

2009

2010

2012

石炭火力／
天然ｶﾞｽﾎﾞｲﾗｰ

石炭火力

-

石炭火力

天然ｶﾞｽ火力／
石油精製工場

燃焼炉（天然
ｶﾞｽ、石炭等）

石炭火力

~ 20

120

-

14 (0.7MW)

300, 55~ 0.0570

液、固体、膜液-

液

液、固体、膜液，膜液

Translational
Energy ResearchCentre(TERC)

Huaneng’s Clean
Energy ResearchInstitute

KIER Hadong
and Boryenong
Project

CSIRO Loy Yang
& Tarong Test
Centers

CSIRO
Vales Point
Pilot Plant

CO2CRC
Otway
Research Project

RITE（GI基金事業）

国

英国

中国

韓国

豪州

豪州

豪州

日本

運営

Sheffield大学

中国華能集団

KIER

CSIRO

CSIRO

CO2CRC

RITE

2019

2010

2013

2005

2012

2019

2022

燃焼炉（天然
ｶﾞｽ、石炭等）

石炭火力

石炭火力

石炭火力

石炭火力

天然ガス分離天然ガス
ボイラー

評価規模 t/d

1

360

200 (10MW)

1

1

-

0.1

技術対象

液

液

固体

液

液、固体

（燃焼前技
術）

液、固体、膜

設立又はPJ開始
排出源
評価規模 t/d
技術対象

設立又はPJ開始
排出源

23

RITE内への実ガス試験センターの設置、運営

RITE内に天然ガス燃焼パッケー
ジボイラーを設置：
実ガス試験センターとして、・共通基盤としての標準手法策定
・材料の評価・分析の支援（開発項目①、②とも連携予定）*産業構造審議会グリーンイノベーションプロジェクト部会エネルギー構造転換分野ワーキンググループ（第6回）資料

24

CO2分離素材の標準評価共通基盤の確立：体制
経済産業省
技術・社会実装推進委員会
主催：NEDO
参画メンバー：AIST、RITE、早大、京大、広大
オブザーバー：METI

NEDO

プロジェクトリーダー：
産総研 化学プロセス研究部門
遠藤明

CO2分離素材の標準評価共通基盤【産業技術総合研究所(AIST)】【地球環境産業技術研究機構(RITE)】

研究開発項目①「CO2分離素材の標準評価法の策定」
研究開発項目②（参考）「標準ガスおよび実ガスを用いた統一的な性能評価法の確立」研究開発項目③（参考）「国際標準化」※②③は2025年度以降に実施予定

研究開発項目①「CO2分離素材の標準評価法の策定」
研究開発項目②（参考）「標準ガスおよび実ガスを用いた統一的な性能評価法の確立」研究開発項目③（参考）「国際標準化」※②③は2025年度以降に実施予定

標準評価法策定方針の協議、
データベースの共有等

CO2の分離回収等技術開発プロジェクト
研究開発内容[1]天然ガス火力発電排ガスからの大規模CO2分離回収技術開発・実証[2]工場排ガス等からの中小規模CO2分離回収技術開発・実証

NDAを締結して、
連携・協力

再委託
早稲田大学
研究開発項目①「CO2分離素材の標準評価法の策定」
研究開発項目②（参考）「標準ガスおよび実ガスを用いた統一的な性能評価法の確立」

京都大学
研究開発項目①「 CO2 分 離 素 材の標準評価法の策定」

広島大学
研究開発項目①「 CO2 分 離 素 材の標準評価法の策定」

プロジェクト推進協議会
研究開発推進のための助言、サポート（プロジェクト実施の意思決定機関ではない）
メンバー：AIST・RITE、エンジメーカー、
素材メーカー、大学等

25

内容• RITEのこれまでのCO2分離回収技術開発状況（分離膜、固体吸収材）• グリーン成長戦略とグリーンイノベーション基金事業
でのRITEの新たな取り組み• カーボンニュートラルの達成に向けた海外のDAC（Direct Air Capture）技術開発の動向とムーンショット
事業でのRITEの取り組み• まとめ
DIAGRAM BY JOE ZEFF, NATIONAL GEOGRAPHIC

26

The role of carbon dioxide removal in climate change mitigation.

出典：The Emissions Gap Report 2017 UNEP 2017.

2100年で20ＧtのNegative emission（DACCS*、BECCS**など）が必要:*Direct Air Capture with Carbon Storage, **Bioenergy with Carbon Capture and Storage

27

Key features of the main CDR approaches and technologies

出典：Direct Air Capture A key technology for net zero IEA（２０２２）28

DAC装置の稼働状況
DAC global operating capacity, 2010-2021

DAC plants in operation worldwide

昨年度までに世界で8,000t-CO2/yのDAC装置が稼働している
出典：Direct Air Capture A key technology for net zero IEA（April ２０２２）29

海外のDAC企業の大規模化の動き**各企業HP,各種資料よりRITE作成：昨年度シンポジウム資料をアッデート

企業
CarbonEngineering(Canada)

実施場所

Project（協力企業）

CO2回収量

適用先

期間

米国

PermianBasin inWest Texas

Occidental Petroleum
1PointFive

100万t/y
設計中 (2035年までに70基(最大135基)を計画）

EOR/地中貯留2022に建設開始、2024年後半開始予定（世界初の100万t/y
DACプラント）

英国North-East
ScotlandDreamcatcher Project（Storegga）

50～100万t/y
設計中

Acorn CCS
プロジェク
トとの連携

2021 FS
2022 詳細設計
2026年までに稼働

AtmosFUEL Project(LanzaTech UK、British
Airways、Virgin Atlantic)

Climeworks(Swizerland)

カナダ

Squamish,
BritishColumbia

Direct Air Capture
Innovation Center(BBA)

不明（操作,実験用1,250m2の建物）

DACとAIRTO FUELS
プロセスの
完全統合

隣接パイロットプラ
ントで2015年から
DAC、2017年から燃
料変換

アイス
ランド

Hellisheiði
Geothermal Power
Plant

Project Silverstone(Carbfix, ON Power)

7万ton圧入済
計画34,000t/y

地中（玄武
岩層）貯留

Project Orca(Carbfix)

4,000t/y(現状世界最大）
3.6万t/y2012 Pilotスケール
開始
2021 9月～Orca稼働
1年半～2年後Maｍｍ
oth稼働予定(2050年までに10億t/y達成)

FT合成

2023年
2026年
予定

Mammoth（6月着工）
ドイツ
スウェー
デン

GlobalThermostat(USA)

1億L/yのJet
燃料

チリ

Dresden
HerøyaMagallanes(チリ南のパタゴニア地方）

Koperniks(Power-to-X)
Project(Snnfire, INERATEC)

不明

Haru Oni Project(Porsche, Siemens
Energy, Enel GreenPower, ENAP,
ExxonMobil)

1ユニット当たり
2,000t/y✖4基～
スケールアップ計画
他4カ所も計画中(Norsk eFuel)eFuel合成（MTG）

1000万L
1億Ｌ

2022 13万L
2024 5500万L
2026 5.5億LのeFuel製造
10月日本法人設立 30

DAC技術開発の急拡大

CO2回収量予測
2040年：1億トン（英調査会社）
2050年：9.4億トン（中国調査会社）

米国：2022年5月
国内４か所に拠点設置の方針策定
５年間で補助金35憶ドル(100万t-CO2/y以上のPJが対象）

英国：2020年最大億ポンドの援助プログラム31

海外のDAC企業の動向
Global Thermostat

Climeworks

DAC-1

DAC-18(2015)

海外のDAC企業は材料・装置の改良と大規模化を同時に進めている
出典: Global Thermostat資料, Climeworks, Direct Air Capture Summit 2021

September 14-15

32

From reality to scale-up: Groundbreaking Mammoth

2022年6月着工 36,000t/yスケール
https://climeworks.com/roadmap/mammoth

33

海外のDAC企業の動向：Global Thermostat
Haru Oni project：チリ南部のパタゴニア地方
独シーメンス社：ドイツ政府の支援（800万ユーロ）を受け、HIF, AME, Enel, ENAP,
Porsche, Exxon Mobilと進めている。
風力発電で発生させた電力でPEM電解槽を用いて水素を製造DACで回収したCO2とのMTG反応
で「eFuel」を製造（2022年: 13万L、2024年: 5,500万L、2026年: 5.5億L）

https://www.siemens-energy.com/global/en/news/magazine/2021/haru-oni.html

https://www.hifglobal.com/haru-oni

34CO2回収技術（DAC）の開発動向（米国DOE※）
研究機関

分離技術

規模

特徴等

Columbia Univ., Cornell
Univ., OR

固体吸収材

ラボ、30 ton/yr

PAN/OPSZ/NIPEI fiber sorbents ($226/kg),次世代繊維カプセル化 DAC 吸着剤

InnoSense LLC, Utah Univ.

分離膜

ラボ

高透過性の超薄膜高分子膜の開発

Harvard Univ.

吸収液

ラボ

新規alkalinity concentration swing (ACS) cycleの開発

Oak Ridge National Lab.

固体吸収材

ベンチ

PAN -TETA固体吸収材（Activated carbon fiber担持）の開発と装置開発

Pittsburgh Univ.

固体吸収材

ラボ

MOF系の固体吸収材の計算スクリーニング

GlobalThermostat

固体吸収材

ベンチ

PEI固体吸収材（Honeycomb monoliths担持）の開発と連続DACプログラム装置の開発

IWVC LLC

固体吸収材

ベンチ、1100 L/d
H2O、30 ton/yr

水と二酸化炭素の回収のためのアミノ系固体吸収材とDACシステムの開発

Electricore, Inc.
& Climeworks AG

固体吸収材

ベンチ
30 kg/dSvante社の固体吸収材とClimeworks社の DAC Air Contactorの組合せ。.

CORMETECH, Inc.

固体吸収材

ベンチ

poly(propyleneimine) (l-PPI)ベースの固体吸収材（モノリス）の開発

PARC, a Xerox Company

固体吸収材

ラボ

多孔質高分子ペレットに担持したAminoPolymer Aerogel Sorbent（アミン／PEG）

The University of Akron

固体吸収材

ラボ

「Gradient Amine Sorbents」「Low Vacuum Swing CO2 Capture (VSA) at Ambient
Temperature」⇒耐久性向上

InnoSepra, LLC

固体吸収材

ラボ

低吸着熱、高耐久性の物理吸着剤

Georgia Institute ofTechnology

固体吸収材

ラボ

アミン担持MOF（MIL-101(Cr) Amine Sorbent）を用いた
氷点下でのDACシステム（sub-ambient DAC）の研究開発

Susteon Inc., University of
Wyoming, and SoCalGas

固体吸収材

ラボ

再生温度を下げるための、イオン液体触媒を使用した固体吸収材（PEI/Silica＋触媒）の開発

Sustaera

固体吸収材

ラボ

アルカリ金属系（非アミン）吸着剤システムの開発。熱源として再生可能エネルギー（太陽光、風力）を想定。

DACの研究開発は固体吸収材のラボ～ベンチスケール試験が中心
35※2022 Carbon Management Project Review Meeting - Carbon Dioxide Removal（August 15-19, 2022）（https://netl.doe.gov/22CM-CDR-proceedings）

NETL Direct Air Capture (DAC) Center

・国立のDACセンターをNETL内に設立
CO2濃度：400-600ppm
湿度：20-98%RH
温度：-10～40℃
・ 2024年5月稼働予定
https://netl.doe.gov/sites/default/files/netl-file/22CM_CDR16_Breault.pdf

36

ムーンショット型研究開発事業：
大気中からの高効率CO2分離回収・炭素循環技術の開発【実施内容】

国立大学法人金沢大学
公益財団法人地球環境産業技術研究機構

1．大気中からの高効率CO2回収（Direct Air Capture）技術開発→RITE固体吸収材の適用、金沢大デシカントローター技術の知見の適用

2．炭素循環のためのCO2変換技術開発（液体炭化水素燃料合成）→膜反応器による高効率化
3．液体炭化水素燃料適用性、システム全体のLCA評価→ユーザー企業と連携

2030年までのKPI
2029年度：CO2変換反応に適用可能な純度のDAC技術を確立。回収CO2を原料として液体炭化水素燃料を高効率で製造可能なCO2変換技術を開発。このDAC＆CO2変換システムに対するライフサイクルアセスメン
ト評価を行い、その正味のCO 削減効果を検証し、有効な地球温暖化問題対策であることを確認。
２

出典: https://www.nedo.go.jp/activities/ZZJP_100161.html

37

ムーンショット実施体制
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO)・PD
指示・協議
PM: 国立大学法人 金沢大学理工研究域機械工学系
教授
児玉 昭雄

【委託先】

【委託先】

金沢大学（金沢市角間町）：
研究開発項目１．
「大気中からの高効率 CO2 回収技術開発」
１－② 高効率低濃度 CO2 回収プロセス開発とシステム評価
研究開発項目 3「液体炭化水素燃料適用性、LCA 評価」

連携公益財団法人 地球環境産業技術研究機構（RITE）(京都府木津川市）
研究開発項目１．
「大気中からの高効率 CO2 回収技術開発」
１－① 低濃度 CO2 回収用新規吸収材の開発
１－② 高効率低濃度 CO2 回収プロセス開発とシステム評価
研究開発項目２．
「炭素循環のための CO2 変換技術開発」
２－① 高効率 CO2 変換技術の開発と最適プロセス検討
研究開発項目 3．
「液体炭化水素燃料適用性、LCA 評価」【再委託先】
三菱重工エンジニアリング株式会社（MHIENG）(神奈川県横浜市）
研究開発項目１．
「大気中からの高効率 CO2 回収技術開発」
１－② 高効率低濃度 CO2 回収プロセス開発とシステム評
１－③ スケールアップ試験装置の詳細設計・製造と評価試験

研究開発項目 3．
「液体炭化水素燃料適用性、LCA 評価」
自動車社と連携して2023 年度以降実施予定

外注

外注【外部協力企業】
エンジニアリング会社(2023 年度以降外注予定）（２－② スケールアップ試験装置の詳細設計・製造と評価試験（液体燃料合成））

アミン合成、多孔質担体合成、アミン担持（各複数社と推進中、サプライチェーン構築）「大気中からの高効率 CO2 分離回収・炭素循環技術の開発」体制

38

DAC実験棟（RITE敷地内設置）で評価試験開始（2022.9.20 NEDO、MHIエンジ、RITE、3者プレスリリース）■小型試験装置 ～数kg-CO2/day
・実機サイズのハニカム性能評価

開発したDAC試験装置を設置
RITE・三菱重工エンジニアリングが連携
DACシステム評価装置（～数kg/day規模）

39

まとめ
グリーン成長戦略とグリーンイノベーション基金
・昨年6月に「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」 が策定され、本戦略を推進するための政策ツールの一つとして「グリーンイノベーション基金」が設定された。
・ 「グリーンイノベーション基金」では成長が期待できる重点分野において、社会実装を見据えた長期間の継続支援（総額２兆円）を行う。
・企業等の経営者に対して、長期的な課題として取り組むことへのコミットメントを求めている。

CO2分離回収技術開発

・RITEでは固体吸収材、膜分離について大規模化・実用化に向けて、材料/製造技術の改良を実施中。新たに採択されたグリーンイノベーション基金において、吸収液のさらなる性能向上による適用性拡大、また、低濃度用のCO2回収技術開発に着手した。
・RITEは新たにCO2分離回収技術の共通基盤となる実ガス試験センターを設置・運営し、素材メーカーとエンジニアリングメーカー等の開発加速支援も行っていく予定である。
（2024年稼働開始予定。）

海外でのDACの大規模化の動き
・既に海外の企業ではCarbon Engineering 、Climeworks、Global Thermostatが大規模化を進めているが、今後さらに大規模化・連携を加速する動きが目立ってきている。
（Global Thermostatは10月に日本法人を設立予定。）
日本でも早期大規模化・実証を行い、大規模化に伴う課題点を洗い出しながら、材料とシス
テムの改良を進めることが、不可欠であろう。
40

ご清聴ありがとうございました。

謝辞：
本研究開発は、METI委託事業ならびにNEDO委託事業の一環として実施しました。
DAC (Direct Air Capture) 実験棟の整備にあたっては、SMBC日興証券株式会社
及び三井住友DSアセットマネジメント株式会社のイノベーティブカーボン
ニュートラルファンドから頂いた寄付金を使わせていただきました。

Research InstituteofInnovative Technology for the Earth41