研究活動概説

化学研究グループ

化学研究グループ
クリーンな CO₂分離にワイドに取り組む
化石燃料の消費により大量の二酸化炭素（CO₂）が排出さ化学研究グループ:ＣＯ₂分離回収に関する研究開発
燃料ガス

ＣＯ２源

プロセスガス

燃焼排ガス

酸素
シフト反応

バイオマス
化石燃料

ＣＯ２分離・回収れ、大気中CO₂濃度が急上昇している。
これが地球温暖化の主膜・吸収
ハイブリッド法

吸収法

な原因となっている。温暖化を緩和するためには大気中CO₂

CO2放散

CO2

熱濃度を可能な限り低濃度で安定化させねばならない。そのた物質、加工めの対策としてはCO₂排出量を削減するか排出されたCO₂をプロセス廃熱利用

地中又は海洋へ固定する方法がある。
どの水準のCO₂濃度でシステム

吸着法

カルドポリマー、デンドリマー、配向ゼオライト
非対称膜
複合膜
ナノ構造制御ゼオライト、メソポーラス
シリカ
表面処理

減圧
吸収液

低温度再生
吸収液

膜分離法

CO2吸収供給ガス

ハイブリッド膜モジュール

圧力制御

設計・評価

省エネルギー

低コスト

安定化させるかによりCO₂対策をどの程度実施するか決まる。
一般的な水準としては2100年に産業革命前の2倍濃度である

Separation/Capture

貯留（地中・海洋）CO2 Ocean Sequestration using Moving Ship

Injection

Transport

Injection

CO2 Recovery Plants
Loading
Liquid CO2 Carrier

Large scale
Emission source

Onshoreaquifer
CO2Ｃ
Ｏ２

CO2 Discharge Ship

Offshoreaquifer

1,000~2,500m
CO2ＣＯ
２CO2550ppmが考えられている。
この安定化濃度にすることはCO₂排出量削減のためのエネセス、システムの3分野にまたがる基盤技術が必要である。
こルギー有効利用や再生可能エネルギー源への転換という対れまで当化学グループでは、それら基盤技術の確立、蓄積を策だけでは困難である。

進めて来ており、現在もそれらを進化させている。

そのため削減ポテンシャルの高い大気中に放出されるCO₂を分離、貯留する方法も大気中CO₂濃度安定化のための対策

現在はこれら基盤技術を用いCO₂分離システムの10年以内の実用化に向けた研究に注力している。

として実用化する必要が生じている。実用化を進めるために現在、開発しているこれら基盤技術はCO₂分離のみでなく、は、対策システムの省エネルギー化、低コスト化に向けた革新

将来は新しいエネルギーシステムや広くは持続的炭素循環社的技術開発が必要である。革新的技術要素としては材料、プロ会システム構築への展開へもつながるものである。

化学吸収法による CO₂分離回収技術開発「低品位廃熱を利用するＣＯ2分離回収技術」概要
化学吸収法

鉄鋼プラント等

比較的大規模設備での実用化が容易な化学吸収法によるCO₂分離回収技術開発プロジェクトを、民間３社の協力を得

CO2濃度2％

高濃度CO2ガスて、Ｈ16年度から５年間の予定で進めている。

CO2濃度99％
（再生塔）

（吸収塔）

（ﾘﾎﾞｲﾗｰ）本プロジェクトは、CO₂分離回収コストを従来より半減することを目的とするもので、低エネルギーでCO₂分離回収が可能な新吸収液の開発、および分離回収に必要なエネルギーを安排ガス
CO2濃度22％
低温再生新吸収液価で供給するための製鉄所等の未利用廃熱利用技術の開発が課題である。

ＣＯ2分離回収コストの大幅低減を実現（ＰＰ試験実証）

このうち、RITEは新吸収液の開発を主体的に進めている。各鉄鋼プラントの低品位未利用廃熱

種アミンとCO₂との反応特性を実験的および理論的に調査し、CO₂との反応特性に及ぼすアミンの構造的特徴を把握するこ有するアミン新吸収液を開発した。今後引き続き世界で最高とにより、これまでに既存の最高性能の吸収液と同等性能を性能の吸収液の開発を目指す。

RITE Today 200604

研究活動概説

化学研究グループ

膜・吸収ハイブリッド分離技術の実用化開発
新しいCO₂分離技術として膜・吸収ハイブリッド法の研究を液化する際のCO₂分離コストと消費エネルギーは、化学吸収法行って来た(平成13〜15年度NEDO委託研究、京都工芸繊維と同程度であり、CO₂濃度がより高い場合には膜分離法が有利

大学 寺本教授指導)。
この方法は、吸収液にCO₂を吸収させてとなる試算結果を得ている。

多孔膜の一方の側に送り、他方を減圧して吸収液を膜透過さ「分子ゲート機能」は、膜を透過するCO₂分子が分離対象ガスせると同時にCO₂を放散させて回収する方式の分離技術であ （N₂、H₂等）の膜透過を遮断する機能であり、極めて優れたり、既存の分離法に比べて大幅に少ないエネルギーで高濃度CO₂選択性を得ることが可能となる。RITEが開発したデンドリのCO₂が得られるという特徴がある。現在、この技術を燃焼排マーを用いた場合に、CO₂選択性は１０００以上であり、吸収ガスのみならず、化学プロセス、バイオプロセス等で発生する法に匹敵するCO₂分離が可能となる。本テーマは炭素隔離リー

CO₂を分離する用途への実用化を目指して、産業界と連携してダーシップフォーラム（CSLF）の認定プロジェクトであり、共同開発を進めている。

研究先である米国エネルギー省国立エネルギー技術研究所において、RITEが開発したデンドリマー複合膜モジュールの試験を実施する予定である。

高機能高分子 CO₂分離膜の開発

その他に、スタンフォード大の Global Climate and Energy

高分子膜は酸素富化、窒素製造、酸性ガスの除去等で豊富な実績を有するが、地球温暖化対策で大量のCO₂を分離する場合には、分離コストと消費エネルギー削減の観点で膜分離Project に採択された部分炭素膜の研究がある。

有機・無機ハイブリッド CO₂分離膜の開発性能の更なる向上が必要である。
そこで、カルド型ポリマー膜、ゼオライトやメソ細孔多孔体などの無機多孔質材料の細孔分子ゲート膜等で、従来膜の性能を大幅に上回る革新的な分は、鋳型合成という特徴からサブナノレベルの極めて均一な離膜の開発を目指している。

細孔を有し、高分子材料と比較してフレームワークの熱運動

カルド型ポリマーはフルオレン骨核の嵩高い構造に起因す／伸張性が低いという特徴がある。したがって、このような無る高いCO₂透過性、選択性と優れた溶媒溶解性（加工性）を有機多孔質材料は高温域での高選択的な分離膜としての利用している。
その化学構造をCO₂分離に最適化したカルド型ポリが期待されている。メソ細孔シリカはそのメソ細孔空間を鋳マーを素材に用いて相転換法で加工した非対称中空糸膜は、型としたゲスト化合物の合成や、内表面の OH 基との反応を現存する高分子膜の中で世界最高性能を示す。
この膜モジュ利用して CO₂との親和性の高いアミノ基などによる官能基化ールを用いてCO₂濃度が25％の燃焼排ガスからCO₂を分離、が可能である。このような材料を薄膜成型すれば、リジッドな空間に結合された官能基の分子運動は抑制され、通常の高供給側

CO2分子材料のように高温域での膨張による自由体積の増加に伴

N2、H2etc.

高従来の高分子膜の気体分離モデル：
CO2

N2う選択性透過を抑制できるものと思われる。これまでにアミン修飾メソ多孔体 MCM-48 薄膜 ( 膜厚 :300-500nm) を合成し、CO₂/N₂分離選択性が 100℃で 50-800 ときわめて高い値を示圧力すことを見出している。本研究は前述の高分子膜の開発ととも

低透過側に "Sub-Nano Structure Controlled Materials-

CO2
PAMAM系デンドリマー
・CO2選択性: １０００以上
図 分子ゲート膜での気体分離の概念

・CO2/N2 選択率: 35

Development of Innovative Gas Separation Membranes -"としてスタンフォード大学の運営する GCEP(Global Climate &Energy Project) にテーマ採択され、昨年 9 月から研究がスタートした。

RITE Today 200605

研究活動概説

化学研究グループ

CO₂炭素塩固定化技術開発
二酸化炭素固定分野においては、鉄鋼スラグや廃コンクリー
トから抽出したアルカリ土類金属カチオンと排気ガス中の二酸化炭素を反応させ、安定な炭酸塩として固定化する研究を進めている。CaCO₃やMgCO₃などの炭酸塩は化学的に極めて安定な固体であり、生態系への影響懸念がないこと、発熱反応であるため本質的に固定化にエネルギーを必要としないこと、あるいは固定化反応により生成した炭酸塩を有効利用できる可能性があることなどから、本技術は新しいCO₂固定化技術として最近注目を浴びている。
しかし、CO₂の炭酸塩化反応は通常は反応速度が極めて遅く、反応を促進する必要がある。
そこで我々はこれまでにNH₄Clのような酸性塩の水溶液を用いて、廃コンクリートやスラグから温和な条件下でアルカリ定な固体としてCO₂を固定化しうることを見出している（特許出

土類金属を短時間で選択的に抽出し、その抽出液にCO₂を吸願中：特願2003-294559）。現在、この新しい固定化プロセスの収させることで炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムのような安実用可能性を検討中である。

ディーゼル排ガス処理システムの開発
革新的ディーゼル車後処理システムの研究開発：低温プラズマシステム（平成16年度からのＮＥＤＯプロジェクト、ダイハツ工業株式会社との共同研究）

RITEはNEDOから受託した「環境調和型触媒技術研究開

NEDOから「次世代低公害車技術開発プログラム/革新的次発」（H4〜H13）の中で、高周波数パルス非平衡プラズマ反応

世代低公害車総合技術開発、革新的後処理システムの研究技術を用いて天然ガス（メタン）をアセチレンと水素に転換す開発」の補助を受け、本プラズマ後処理技術の研究を平成16る技術を開発した。その後、文部科学省の補助（独創的革新年度始めた。

技術開発研究提案公募制度）を受け、パルスプラズマ技術をRITEはこれまで開発した低温プラズマ反応技術を元に、実用いたディーゼル排気粒子状物質（PM）除去の基礎研究をディーゼルエンジンを用いた研究を更に継続し、小型ディー３年間（H13〜H15）行った。PM除去に適したプラズマ反応ゼル車に搭載できるようなプラズマ反応器とプラズマ反応器器とプラズマ反応器を駆動するパルス電源を含むPM除去シを駆動する電源の開発を行う。

ステムを開発した。
近年、PM除去技術の確立のないまま、ディーゼル排気PMに対する排出規制がますます厳しくなっている。低温プラズマを活用したディーゼル排ガス後処理技術がPM除去の有力候補として注目されている。RITEはダイハツ工業（株）
と共にRITE Today 200606