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未来社会を支える温暖化対策技術シンポジウム in 関西◆

CO2分離回収技術の実用化に向けた開発状況と今後の展開(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ＣＣＵＳ/カーボンリサイクル

出典： カーボンリサイクル技術ロードマップ（令和元年6月経済産業省）

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アミン化合物を中心としたCO2分離回収技術の研究開発
地球温暖化防止 → 発生源に適したCO2分離・回収技術
化学吸収液

低圧，高いCO2濃度

製鉄所

＜特徴＞
・C50プロジェクトで日本製鉄（株）と連携
・再生温度 ＜100℃
・分離回収エネルギー 2.0GJ/t-CO2

CO2
吸収分離
アミン構造の最適化＋水，有機溶媒

アミン化合物
アミン
アミノ基

固体吸収材
アミン構造の最適化＋多孔質固体

水酸基（ex. Monoethanolamine）

アミン構造の最適化＋高分子膜貯留

有効利用

情報交換によるシナジー効果

低圧，低いCO2濃度＜特徴＞
・KHI（株），東京農工大と連携
・再生温度 60℃
・分離回収エネルギー ＜1.5GJ/t-CO2

最適技術の提供
圧力濃度温度
ガス組成
他

セメント工場
石炭火力発電
IGCC

発電所

情報交換によるシナジー効果

分離膜

高圧，CO2・H2混合ガス

化学＜特徴＞
・MGM技術研究組合として活動
・高圧のCO2・水素混合ガスからの回収では、高いCO2選択透過性を示し、分離回収エネルギー ca.0.5GJ/t-CO2
天然ガス精製3

RITEにおけるCO2分離・回収技術【化学吸収法】 FY2008～（NEDO委託事業）
環境調和型プロセス技術の開発/水素還元活用プロセス技術開発（フェーズⅡ－STEP1）/CO2分離回収技術開発/高性能吸収液の開発（高炉ガスからのCO2分離・回収）
体制: 日本製鉄㈱ →（再委託）RITE（吸収液開発）【固体吸収法】 FY2015～2017（METI委託事業）、FY2018～（NEDO委託事業）
CCS研究開発・実証関連事業/CO2分離回収技術の研究開発/先進的二酸化炭素固体吸収材実用化研究開発（石炭火力発電所からのCO2分離・回収）
体制：RITE→（再委託）川崎重工業（株）（移動層）、TUAT（シミュレーション）【膜分離法】 FY2015～2018（METI委託事業）、FY2018～(NEDO委託事業)
CCS研究開発・実証関連事業/CO2分離回収技術の研究開発/二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発（IGCCガスからのCO2分離・回収）
体制：MGM技術研究組合

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COURSE50成果の産業利用
PhaseⅠにおいて開発した化学吸収液の一つは日鉄エンジニアリング㈱の省エネ型CO2回収設備（ESCAP®）に採用された

商業化1号機（日本製鉄室蘭製鉄所構内）

商業化2号機（住友共同電力新居浜西火力発電所内）

１号機(2014～)

２号機(2018～)

設備規模

120 t/day

143 t/day

排出源

製鉄熱風炉

石炭火力（※）

CO2用途

産業用CO2製造

飼料添加物製造

www.eng.nssmc.com※2号機は化学吸収法による石炭火力発電所の燃焼排ガスからのCO2分離回収技術として日本初の商業設備
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COURSE50の技術課題とCO2削減目標
水素還元⇒
１０％削減

CO2分離･回収⇒２０％削減出典） NEDO環境技術分野事業報告会（H開30.7.19開）資料に加筆

超革新技術（水素還元製鉄、CCSU等）、系統電源のゼロエミッション化により2100年の鉄鋼プロセスの脱炭素化達成を想定

水素還元製鉄：炭素還元製鉄と等価な水素価格＝7.7￠/Nm3-H2＊＊出典：日本鉄鋼連盟 長期温暖化対策ビジョン 『ゼロカーボンスチールへの挑戦』平成30年11月19日

6吸収液の研究開発プロジェクト
アミン
日鉄エンジニアリング㈱

アミノ基
水酸基

2005

（ex. Monoethanolamine）

2010

2015

2020
（現在）

COCSプロジェクト

CO2分離回収ｴﾈﾙｷﾞｰの半減

ESCAP®

ESCAP®
（新居浜）

（室蘭）

対象ガス
高炉ガス
（22%-CO2）

Phase I STEP1
CO2分離回収ｺｽﾄ
2,000円/t-CO2を可能とする技術

Phase I STEP2
Phase II STEP1
さらなる高性能化

環境調和型プロセス技術の開発(COURSE50)※ESCAP® ：日鉄エンジニアリング㈱の省エネ型二酸化炭素回収設備の商用機

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RITEにおけるCO2分離・回収技術【化学吸収法】 FY2008～（NEDO委託事業）
環境調和型プロセス技術の開発/水素還元活用プロセス技術開発（フェーズⅡ－STEP1）/CO2分離回収技術開発/高性能吸収液の開発（高炉ガスからのCO2分離・回収）
体制: 日本製鉄㈱ →（再委託）RITE（吸収液開発）【固体吸収法】 FY2015～2017（METI委託事業）、FY2018～（NEDO委託事業）
CCS研究開発・実証関連事業/CO2分離回収技術の研究開発/先進的二酸化炭素固体吸収材実用化研究開発（石炭火力発電所からのCO2分離・回収）
体制：RITE→（再委託）川崎重工業（株）（移動層）、TUAT（シミュレーション）【膜分離法】 FY2015～2018（METI委託事業）、FY2018～(NEDO委託事業)
CCS研究開発・実証関連事業/CO2分離回収技術の研究開発/二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発（IGCCガスからのCO2分離・回収）
体制：MGM技術研究組合

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先進的二酸化炭素固体吸収材実用化研究開発＜対象＞石炭火力発電所（燃焼後回収）＜目標＞分離回収コスト2,000円台/t-CO2、エネルギー< 1.5 GJ/t-CO2○固体吸収材とは（従来型）

ＣＯ２再生時に比熱の大きい水を加熱する必要が無いため、ＣＯ２分離回収エネル
ギーの低減が可能

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ＲＩＴＥ開発固体吸収材の酸化劣化耐性
H2 NH
NnNH2R

NH

HNnN
H

R

再生率：35%

再生率：97%

CO2吸収性能保持率/ %CO2吸収・脱離量

嵩高い置換基R→ CO2の吸収・脱離性能が向上

市販アミン

新規合成アミン

100℃での酸化劣化耐性評価

低温（60℃）でＣＯ２再生率に優れる固体吸収材を開発
RITE：特許取得（米国、日本）O2 (20%) / N2 (80%) / H2O(RH50%)

ＲＩＴＥ開発アミン:酸化劣化耐性

10目標達成までのロードマップ（基盤技術開発）
項目

FY2010～FY2014（実用化研究）（スケールアップ・実ガス試験）

FY2015～FY2019

FY2020～FY2024

材料開発

材料の大規模製造技術確立
制度的仕組みの導入＋（～１L）

シス
テ
ム
開発
内
容

2030頃

（～15m3）（100m3～）スケールアップ（～8倍規模）大規模CCS
3,000t/day
石炭火力プラント（ラボスケール：～3kg/day）（ベンチスケール：～７ t/day）（パイロットスケール：40 t/day）

固定層基礎試験
基本データ・特許取得

移動層適用検討
効率改善

移動層実ガス試験
関西電力（株）舞鶴発電所内で実施にむけて検討中

用途展開（閉鎖/宇宙空間、大気からの回収、その他発生源）

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RITEにおけるCO2分離・回収技術【化学吸収法】 FY2008～（NEDO委託事業）
環境調和型プロセス技術の開発/水素還元活用プロセス技術開発 （フェーズⅡ－
STEP1）/CO2分離回収技術開発/高性能吸収液の開発（高炉ガスからのCO2分離・回収）
体制: 日本製鉄㈱ →（再委託）RITE（吸収液開発）【固体吸収法】 FY2015～2017（METI委託事業）、FY2018～（NEDO委託事業）
CCS研究開発・実証関連事業/CO2分離回収技術の研究開発/先進的二酸化炭素固体吸収材実用化研究開発（石炭火力発電からのCO2分離・回収）
体制：RITE→（再委託）川崎重工業（株）（移動層）、TUAT（シミュレーション）【膜分離法】 FY2015～2018（METI委託事業）、FY2018～(NEDO委託事業)
CCS研究開発・実証関連事業/CO2分離回収技術の研究開発/二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発（IGCCガスからのCO2分離・回収）
体制：MGM技術研究組合

12二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発＜対象＞高圧の燃料ガスから省エネルギー、低コストでCO2を分離回収しうる高性能CO2選択透過膜（分子ゲート膜）技術の実用化研究（燃焼前回収）＜目標＞ CO2分離・回収コスト： ≦1,500円/t- CO2
CO2分離・回収エネルギー ： ≦0.5 GJ/t- CO2

石炭ガス化ガスからの膜分離によるCO2回収

分子ゲート膜のCO2透過機構
13分離膜の開発段階のイメージ
名称
概要（基盤技術開発）
単膜（実用化研究）
膜エレメント

（実機）
膜モジュール

ラボスケールの平膜（膜面積：1.2～58cm2程度）

大面積の膜を用いた構造体
膜・支持体・流路材などを一体化したもの

膜エレメントとそれを収納する容器（ハウジング）を組み合わせたもの(膜面積：1.2 cm2)

（2～4inch、長さ 200mm）

サイズ、外観（8 inch、長さ 1,000mm程度）(膜面積：58 cm2)

課題
等

膜素材開発
（分離性能向上、耐圧性・耐久性等向上）

製膜法、エレメント部材開発（連続製膜、大面積化、シール技術等）

実機モジュール開発（容器形状、量産化、システム化）
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連続製膜技術の開発
連続製膜の効率改善

膜組成最適化検討

連続製膜速度の向上（従来比３～１０倍）⇒ 膜の大量生産が可能

薄膜化・膜組成等の最適化（処方E）：
回収コスト ≦1,500円/t-CO2を達成
しうる目標性能を達成（模擬ガス試験＊ ）＊条件： 温度：85℃； 供給側CO2分圧：260kPa； 湿度60%RH； 透過側：大気圧15耐圧膜エレメント作製技術の確立
全圧2.4 MPaでの性能評価
パーミアンス（相対値）

CO2分離膜エレメントの量産化検討

連続製膜分子ゲート膜を用いたスパイラル型膜エレメントの量産化に向けた検討を実施

CO2

He

膜エレメント部材（集ガス管、スペーサー 等）の最適化により高圧下で安定な膜エレメントの基本製法を確立

測定条件： 温度：85℃； 供給側：全圧2.4MPa, 混合ガス組成CO2/He=40/60 vol./vol., 湿度70%RH； 透過側：大気圧

16石炭ガス化炉実ガス試験
米国ケンタッキー大学応用エネルギー研究センター（UK-CAER）で石炭ガス化炉からの実ガスを用い、膜素材のH2S耐性を確認

・実ガスにより膜素材のH2S耐性を確認↓
・現在、模擬ガス（H2S濃度 ～1,000 ppm）を用いた加速試験を実施中（膜素材のH2S耐性を確認後、膜エレメントの評価を実施予定）

膜エレメントの実ガス試験：
国内実ガスサイトでの実施を含め、評価設備の準備を進めている。

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実用化に向けたロードマップFY2011
基盤技術研究フェーズ

20152019 2020

2025

実用化研究
フェーズ

実証フェーズ（スケールアップ、実ガス試験）

量産化（連続製膜法の確立）

膜エレメントのスケールアップ（～20倍規模で、実機エレメント製作法の確立）

2030
商用化
フェーズ

2030頃

＋単膜

（膜の基礎）

小型膜エレメントの製作法の確立（部材の最適化）

実機膜モジュールシステムの開発（モジュール多段化の性能検証）

IGCC用
商用化

基本組成検討
特許取得

膜エレメント（単膜を巻いたもの）

耐不純物性評価（実ガス試験）膜モジュール（ｴﾚﾒﾝﾄを圧力容器に装填したもの）

膜モジュール製法とシステムの確立

適用範囲の拡大（EOR，天然ガス，褐炭ガス化ガス等）

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まとめ
1. 化学吸収法 （高炉ガス）
・開発液を実用化・稼働中。商業化2号機が稼働開始（ＣＣＵ用途）。
・さらに高性能化を目指しつつ、高圧プロセス用の新規吸収液の開発を実施中。

2. 固体吸収法 （石炭火力ガス）
・移動層ベンチスケール試験で回収量6.6 t/d、回収率90%を達成。
・固体吸収材の実ガス暴露試験を開始、今後、パイロット試験を実施予定。

・ 早期実用化を目指しつつ、より低濃度の排出源からの回収への展開も実施中。

3. 膜分離法 （IGCCガス）
・コストダウンと大量生産に適した連続製膜技術と耐圧性膜エレメントを開発。
・膜素材の硫化水素耐性を確認。今後、膜エレメントの実ガス試験を実施予定。
・膜モジュールを早期に完成し、種々の高圧排出源への適用を図る。
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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。

ご清聴をありがとうございました。
Research Instituteof
Innovative Technology for the Earth20