化学吸収液－CO2削減技術の早期実現を目指して－
化学吸収液プロセスは、低コストCO2分離回収・貯留（CCS）技術の早期実現に欠かせない有望な技術であり、最も実用化に近いCO2分離回収技術です。RITEは、さまざまな大規模CO2発生源に対して低エネルギー・低コストの新規の化学吸収液を開発するため、分子レベルの材料設計・評価からプラント試験による実用化検討まで総合的に取り組んでいます。

常圧ガス用： 大規模排出源からのCO2分離・回収に向けた新規化学吸収液の開発
化学吸収法はガス中のCO2を化学的に液に吸収させた後、加熱することでCO2を分離・回収する技術で、石炭火力発電所や製鉄所高炉など、大規模なCO2排出源に適したプロセスです。「加熱」等に要するエネルギーコストの削減が最大の課題であり、RITEはそれを解決する技術開発を実施してきました。
低品位廃熱を利用する二酸化炭素分離回収技術開発事業（COCS：平成16-20年度）

環境調和型製鉄プロセス技術開発事業（COURSE50 STEP1：平成20-24年度）
RITE・新日鐵住金（株）による新規化学吸収液開発

化学吸収法製鉄所
高炉１基（380万ﾄﾝ粗鋼/年）あたり、高炉ｶﾞｽ中のCO2 260万ﾄﾝ/年Chemical Absorption Test plant

CO2濃度 2％, CO, H2等
鉄鋼ﾌﾟﾛｾｽ用燃料として利用

前処理装置

30 ton CO2/day

吸収塔

CO2濃度99％

吸収塔

再生塔

再生塔

高炉ガス
CO2濃度 22％CO, H2等を含む前処理法の検討
製鉄所の低品位未利用廃熱

新吸収液
開発目的
高炉ｶﾞｽからのＣＯ2分離回収ｺｽﾄを半減する技術の確立、および更なるｺｽﾄ低減のための技術評価

リボイラー

計算化学・合成化学を駆使した高性能化学吸収液開発

ﾘﾎﾞｲﾗｰ

模擬ガス試験装置（CAT‐LAB）等を用いた最適プロセス検討
CAT-LAB

低コストＣＯ2吸収システムの開発

COCS事業では世界に先駆けて種々の高性能新吸収液を開発。それまで基準として使用されていたMEA（モノエタノールアミン）吸収液に比べ、CO2分離・回収エネルギーの大幅低減を達成しました。

実高炉ガスを用いるプラント試
験による連続試験評価 （協力：
新日鉄エンジニアリング（株））

CAT-30

撮影日： 2010年6月

COURSE50 STEP1では 、世 界トッ プ レベ ルの分離 回収エネ ルギー2.0
GJ/ton CO2を達成。STEP2（平成25年度～）は、更なるコスト削減・実用化を目指し、革新的化学吸収液の開発に取り組んでいます。

高圧ガス用： 高圧CO2含有ガスからのCO2分離・回収に向けた新規化学吸収液の開発

再生圧力
減圧（0.2 MPa）

400～1,700**

減圧（0.2 MPa）

700**

UCARSOL-flash法*

UCARSOL（flashなし）* 高圧（1.6 MPa）
CO2=～40%

新吸収法

高圧（4.0 MPa）

圧縮工程を含む分離回収エネルギー [MJ/t-CO2]
1,000***

1,400～2,700

1,000***

1,700

3,200**≦ 1,000400***
200***

3,600≦ 1,200

分離回収エネルギー

圧縮エネルギー

RITEでは、高圧処理ガスの持つ高い圧力エネルギーの有効利用によりCO2分離・回収に必要なエネルギーの大幅削減の可能性を提案しています。
アミン吸収液MDEA

35wt%

CO2回収量[g/L]

吸収速度[g/L/h]

放散速度[g/L/h]

71.3

144

177

58.9

72.0

106

46.6

RH-2b241.7

4.9倍 349

301

RH-3e

350.1

546

3.8倍 581

3.9倍 53.8

683

34.0

高圧下での驚異的な超大容量
世界最高レベルの< 1.1 GJ/t-CO2を達成

10.1

40℃-Exp
40℃-Cal120℃-Exp
120℃-Cal

0.01
0

100

200

300

CO2 Solubility [g-CO2/L]

反応熱[kJ/mol]

RH-1

10

昇圧放散も可能低※ RH：RITE開発新規高圧用化学吸収液※ 放散圧力：1.6 MPa-CO2

処理ガスの持つ高い圧力エネルギーを維持した状態でCO2の分離・回収が可能な高性能な高圧再生型化学吸収液の開発を進めています。

400

Energy for Separation
and Compression [GJ/t-CO2]

高圧
CO2含有ガス(4.0 MPa)

分離法
SELEXOL-flash法

CO2 Partial Pressure [MPa]石炭ガス化ガスや採掘天然ガスなど高圧CO2含有ガスからのCO2分離・回収に向けた高圧再生型化学吸収液の開発に取り組んでいます。

Compression Energy
Vaporization Latent Heat
Solvent Sensible Heat
CO2 Absorption Heat

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

MDEA35wt%(1.6MPa)

RH-1(4.0MPa)

RH-2b(4.0MPa)

RH-3e(4.0MPa)

CO2 Solvent

RITEでの独自開発による高圧再生型化学吸収液の新規開発・高性能化の検討と共に、民間企業との共同研究による実用化検討を積極的に推進する
ことにより、世界最高レベルの性能を持つ高圧再生型化学吸収液を世界に発信・提案していきます。

CO2固体吸収材－CCS技術の省エネルギー化を目指して－
RITEでは、これまでに蓄積してきた化学吸収法等のCO2分離回収技術をベースにCO2高効率回収・低エネルギー消費型の固体吸収材開発を実施しています。CCSコストに占める割合の大きいCO2分離回収コストの低減は、地球温暖化に関与するCO2排出量の大幅削減に貢献し、我が国が目指している低炭素社会の構築に大いに役立ちます。

CO2分離回収エネルギー[GJ/t‐CO2]

固体吸収材の材料開発

アミン （吸収剤）+多孔質支持体

固体吸収材

5

固体吸収材は、CO2吸収剤であるアミンを多孔質支持体に担持した固体であり、アミン吸収液と類似のCO2吸収特性を有しながら吸収液顕熱や蒸発潜熱の大幅低減が期待できます。
RITEでは、経済産業省から委託された二酸化炭素固体吸収材等研究開発事業においてCO2分離回収エネルギー<1.5 GJ/t-CO2を目指して、研究開発を進めています。

：蒸発潜熱：顕熱：反応熱

43210MEA液

固体吸収材
（目標）

RITE液

高脱離性
脱離性能

新規合成：計算予測：実測
不安定
カルバメート安定性
2 R1R2NH + CO2 ⇔ R1R2NCOO‐ + R1R2NH2+

CO2吸収・脱離量[mol/kg]

計算化学を活用した高効率回収型アミンの探索
固体吸収材のCO2吸収特性

5

RITEは、計算化学を活用して、新規なアミン吸収剤を探索し、低温再生可能なCO2高効率回収型の固体吸収材を作製することに成功しました。
現在は、本材料のプロセス性能評価を進めています。
また、本材料は有人閉鎖空間用などの再生型CO2吸着剤としての用途展開も検討しています。

432
10市販アミン：吸収（40°C）

新規合成アミン：脱離（40°C、減圧）

CO2分離回収試験と発電システムレベルのプロセス性能評価
発電システムレベルのシミュレーション（回収条件： 90%CO2回収）12石炭ボイラー

燃焼排ガス集塵 脱硫

RITE固体吸収材
吸収液

蒸気タービン

CO2分離
回収

CO2以外
CO2

固体吸収材

発電効率の低下[%pt.]

ラボスケールCO2分離回収試験

抽気蒸気温度
60C
120C
130C
130C(従来)

108（熱の高効率利用）（低温再生）

6420

CO2分離回収試験を行い、RITE固体吸収材のプロセス性能評価を実施した結果、石炭火力発電所の排ガス（12%CO2）程度の低濃度CO2ガスに対する高い分離回収性能（回収純度98%、回収率93%、回収エネルギー1.5 GJ/ｔ‐CO2）を実証しました。

1234
CO2分離回収エネルギー [GJ/t-CO2]

発電システムレベルでのプロセスシミュレータを構築し、CO2分離回収技術が発電効率に与える影響を評価しています。
また、 CO2分離シミュレーションの結果に基づく、分離回収コストの試算も実施しています。

（本資料は経済産業省からの委託事業の成果をもとに作成しています。）

CO2分離膜－高圧ガスからの経済的なCO2分離・回収を目指して－分子ゲート機能を有する新規CO2分離膜モジュールは、石炭ガス化複合発電（IGCC）等の高圧ガスに対し、省エネルギー・低コストでのCO2分離回収を可能にする膜分離技術です。このためには、高いCO2分離性能を有する分離膜モジュールの開発が重要です。RITEを含む次世代型膜モジュール技術研究組合では、分子ゲート機能CO2分離膜モジュールシステムの開発に取り組んでいます。

石炭ガス化複合発電（IGCC）からのCO2分離・回収 経済産業省から委託された二酸化炭素分離膜モジュール研究開発事業 （H23FY～H26FY）、二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発事業（H27FY～ ）において、IGCCの水性ガスシフト反応後の高圧ガスからCO2を分離・回収するための膜モジュールシステムの開発を進めています。

分離膜を用いた石炭ガス化複合発電（IGCC）からのCO2分離回収

分子ゲート膜の概念図
CO2

N2、H2etc.

CO2

供給側高H
N R
HH
O
H
H
R N C O
N R
HH

圧力CO2

低透過側膜材料の開発

H2, N2H O
R N C OCO2HCO3R NH2

H2N R

H O
R N C O

H
N R
HH

CO2膜モジュール、システムの開発

PVA系分子ゲート膜
H2NNH
HN

H2NO

O
N

N

O

O

CO2分離膜

NH2N
H
NH

分離機能層

CO2分離膜（単膜）外観5cm

NH2膜断面図

Dendrimer (example)
+HOOH

OH

RO

Ti

OR

HO

CO2分離膜モジュール

PVA
HO

OH

Crosslinker

スパイラル分離膜モジュール外観（左2インチ、右4インチ）

Dendrimer

PVA + crosslinker

分子ゲート膜の分離性能
大気圧~2.4MPaにて、CO2透過試験を実施
単膜（1.2cm2）

300
250

単膜（58cm2）

1.E-102インチモジュール【設備能力】 CO2回収量100万ton/y←25万kW発電相当（IGCCベース）【回収条件】 CO2濃度 95 vol%，CO2回収率90%【供給ガス条件】 IGCCガス条件を想定※CO2 36.4vol%(Dry)､ H2 63.6vol%(Dry)

単膜（1.2cm2）

目標達成領域

分離係数
α CO2/He [-]透過速度

Q [m3(STP)/(m2 s Pa)]

1.E-09CO2分離膜プラントイメージ

200

目標達成領域150

単膜（58cm2）

10050

1.E-112インチモジュール

00200

400
600
pCO₂ [kPa]

800

1000

2.4MPa

0200

400
600
pCO₂ [kPa]

目標： CO2回収コスト1,500円/t-CO2以下
模擬ガス、ラボレベルで目標性能を達成

800

1000

2.4MPa

スキッド集合体ブロック図（巾11.5ｍｘ奥行10mx高1.3m)

設備イメージ全景図（巾33mx奥行45mx高17m）（本資料は経済産業省からの委託事業の成果をもとに作成しています。）

革新的水素分離膜・プロセス①－水素社会構築への貢献－
最近大きな注目を集めている水素社会の実現には、水素の安定供給を可能とする輸送・貯蔵技術の開発が必要です。メチルシクロヘキサンやアンモニアなど、分子内に水素を有し、その取り扱いが容易な化合物が、水素の輸送貯蔵手段「エネルギーキャリア」として期待されています。RITEではこれまで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研究開発に取り組んでいます。

エネルギーキャリアと脱水素プロセス
エネルギーキャリア

RITE技術効率的脱水素プロセスを実現する
メンブレンリアクター（ＭＲ）
MCH
（NH3）

MCH
あるいはTOL
（N2）

H2

NH3
H2

H2

H2

H2

H2脱水素触媒
水素分離膜

生成した水素を選択的に引き抜くことによって、脱水素反応が促進される（平衡シフト効果）

ＭＲ用革新的水素分離膜

RITE技術ＣＶＤシリカ膜 ＭＣＨ用

パラジウム（Ｐｄ）膜 ＮＨ３用

(0.29nm)(0.6nm)

H2①吸着
NH3 N2②解離H2③溶解

脱水素反応・精製法の比較④拡散シリカ膜方法

効率

設置容積コスト

現状ＭＲ◎◎△→◎*開発段階

反応＋膜○○△→◎*

開発段階

反応＋ＰＳＡ○～△

△○

実用段階

Ｐｄ膜⑤脱溶解サブナノ孔
0.3～0.5 nm

⑥再結合
⑦脱着

*実用化時には優位性

分子ふるい機構

解離溶解・拡散機構

パラジウム（Ｐｄ）膜 （ＮＨ３用）： 耐久性の飛躍的向上が期待できる細孔内充填型
主なPd系水素分離膜の種類

新規開発した細孔内充填型Pd膜と従来型との比較
外観・断面

通常型薄膜
(無電解めっき、電解めっき、スパッタ、CVD)

Pd

Pd

細孔内充填型

Pd

水素透過性能1.4E‐06

 従来型Pd膜

H2 Permeance (mol /m2 sPa)

遊離型 (圧延膜)

Membrane→支持体上にPd膜を形成

1.2E‐06● 従来型Pd 膜 6 μm

1.0E‐06● 細孔内型Pd膜 6 μm

8.0E‐076.0E‐07
4.0E‐072.0E‐070.0E+00
100200

保護層

耐水素脆性○(厚膜)×○

耐熱性○×○

飛翔物耐性○×◎

合金耐性××その他

・実用化試験段階
・高水素選択性・多元系合金膜作製容易○

・高水素透過性能◎○
・Ｐｄ使用量の低減が可能
・細孔内に緻密な膜形成が可能

 細孔内充填型Pd膜

Membrane→支持体内にPd膜を形成→基板表面からの位置を15～60 μmまで制御可能→30cmの支持体にも製膜可能→Pd使用量：表面型Pd膜の1/3（Pd使用量を減らすことで低コスト化が期待できる）

600

700

→同膜厚で従来型と同等の性能（どちらもH2/N2=∞）断面のSEM・EDX
SEM

細孔内型

×

従来型

コスト

300
400
500
Temperature (℃)

SEM

10 μm

6.3 μm10 μm

EDX AlEDX PdEDX AlEDX Pd

6.7 μm→細孔内にPdが密に充填されていることを確認

革新的水素分離膜・プロセス②－水素社会構築への貢献－
ＣＶＤシリカ膜 （ＭＣＨ用）： 脱水素プロセスのコンパクト化、高効率化が可能
水素分離膜の長尺化

シリカ膜の製膜：対向拡散ＣＶＤ法

シリカ膜の長尺化に成功
H2/SF6の選択性は16,000以上
シリカは基材細孔内に沈着。反応は自動的に停止→ 高性能膜（高透過性、高選択性）が均質かつ再現性よく製膜可能

メンブレンリアクターを用いたＭＣＨの脱水素

200 mmL長尺化に成功し、高い分離性能を確認。知見も蓄積中→ 実機サイズ（500 mmL）の長尺化に向けて開発指針を構築

単管MRによる反応検討

ΔH = 205.0 [kJ/mol]
水素分離膜（シリカ膜）
MCH

MCH

H2H2H2MCH

TOL

TOL

H2H2H2H2

高純度H2TOL

脱水素触媒
水素分離膜（ＣＶＤシリカ膜）

水素を選択的に分離することにより、脱水素反応が促進される競合技術（PSAなど）と比較して、コンパクト化、高効率化が可能→ 商業施設／オフィスビル／水素ステーション等
中小規模の需要家に適したＭＣＨ脱水素装置へ展開

脱水素触媒
外側触媒（今回開発）
内側触媒（従来）

反応温度の低減を確認
保護膜等なしで、熱供給に有利な外側触媒の構成を採用することが可能（約 310→280 ℃ ＠転化率 90 %）小型メンブレンリアクター試験装置

実機イメージの構築

ＭＲモジュール部分

ＭＲモジュール
900 mm
水素分離膜（シリカ膜）

1050

脱水素触媒
単管MR

500 mmL膜，313 本

実機の195分の1スケール（10 mmφ×200 mmL）

100 kW燃料電池への水素供給を想定（約70 Nm3/hr）
シミュレーションにより実機イメージを構築

十分な実現性を確認

2016年度：78分の1スケール（10 mmφ×500 mmL）

2015年10月より運転研究を開始→ 実機に向けたエンジニアリングデータを収集中