カーボンリサイクル技術研究所 活動実績報告書
令和 5 年４月１日～令和 6 年３月３１日
令和 6 年 5 月 31 日

所長 福 原 長 寿
１．研究概要本研究所では、COP (国連気候変動枠組条約締約国) 会議で我国が世界に向けて発信した CO2 ガス削減の約束草案（INDC，Intended Nationally Determined Contributions）の実現に貢献する、革新的な触媒技術＆触媒プロセスの開発を目指す。具体的には、産業プロセスから排出される温室効果 CO2 ガスを削減し、かつその資源利用を図る革新的な触媒変換システムに関した工学技術の開拓、そしてその社会実装化に係わる技術の開発である。
取り組む研究活動においては、以下の５つの項目を中心としている。
〔１〕メタネーション反応を利用した CO2 の CH4 への資源化システムの開発〔２〕CH4 のドライ改質による合成ガス(H2+CO，Ｃ１化学産業の原料)製造システムの開発〔３〕合成ガスからの有用化学物質の製造に関した工学技術の開発〔４〕GHG から固体炭素を捕集し、今までにない利便性の高い CCS 技術の開発〔５〕捕集カーボンの機能性材料としての活用技術の開発

２．活動実績

CO2 methanation
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

前年度と一昨年度の成Dry reforming of CH4
CH4 + CO2 → 2CO+ 2H2

果をベースに、右写真に示す実験室規模としては大Carbon capture
2CO → C + CO2型の CO2 のリサイクル資源化装置(R5 年度早期に完成)を活用し、CO2 処理技術の継続したデータ採取を実施した。本装置は、産業プロセスからの排出ガス CO2 の処理を想定し、前段：メタネーション部＋Mass analyzer：
CH4,ＣO2 ,CO,H2O, H2

中段：CH4 のドライ改質部＋後段：固体炭素の捕集部

Membrane：recycling H2Suction pump：improve H2 recycle

産業排出 CO2 の資源化と固定化を図るラボレベルの大型触媒反応装置の連結型反応システムで構成している。本装置の最大のガス処理量は 20Ｌ/min である。この装置をベースとした実運転データの集積活動を開始し、以下の有用な知見データを採取した。
① メタネーションによる CO2 の CH4 化技術

多くの研究機関が 10～200ml/min 程度の CO2 処理量で実施していたメタネーション反応であるが，当研究所では構造体触媒システムを採用することで 1,000～20,000ml/min の処理と安定した発熱エネルギーの制御を実施することに成功した。また，産業プロセスからの実際の排ガス処理が可能であることも実証できた。社会実装が可能であることを示す大きな技術進展が得られた。
② CH4 のドライ改質反応技術
ドライ改質反応（CH4＋CO2→2H2＋2CO）は、現在多くの企業がこの反応を 800℃以上の熱エネルギーを加えて実施している。しかし、構造体触媒システムを採用することで 700℃以下でも効率的に運転する技術を確立することに成功した。加えて，原料ガスの処理量は最大 3,000ml/min を実現した。これは、ドライ改質に関する発表論文では世界でまだだれも報告していない、実施困難なレベルである。また、ドライ改質は熱力学的に難易度の高い化学反応とされてきたが、構造体触媒システムがもつ物質移動の加速効果を組み込むことで、従来プロセスを凌駕する物質変換力が得られた。
③ 固体炭素の捕集技術（カーボンリサイクルのポイント技術）
当研究所が発足した時点での固体炭素の捕集率はおよそ 10％程度であり、実用化のレベルにはまだ達していなかった。しかし、この３年間の研究所活動において捕集触媒材料の開発と炭素捕集システムの化学工学的な検討、炭素捕集要因の学術的な検討などを加えた結果、現時点では捕集率56％を達成することができた。すべての産業プロセスから排出される CO2 ガスの処理に適用できるわけではないが、COP26 会議の約束草案 2030 年度目標(2013 年度比で 46％削減)に貢献できるカーボンリサイクル技術である。

３．論文発表
今年度の研究所活動に関した学術論文誌への発表状況は以下の通りである。
1) Steam reforming of aromatics mixture as a model tar over Ni/Al2O3 structured catalyst, Ryo Watanabe, TakuyaTanabe, Yuya Fushimi, Priyanka Verma, Choji Fukuhara, New Journal of Chemistry, 48, 8213-8221, 2024.
2) 水素の利用技術：メタネーション, 福原, えねるみくす－日本エネルギー学会機関誌, 103/3, 363-369,2024.
3) Scalable one-step synthesis of reduced graphene oxide: Towards flexible transparent conductive films and active
supercapacitor electrodes, Fangbo Yao, Wenruo Li, Choji Fukuhara, Chang Yi Kong et al., Chemical Engineering
Journal, 150828, 2024.
4) Effect of H2S co-feeding on the performance of Fe/SiO2 catalyst for isomerization and dehydrogenation of C5monoolefin, Karasawa Fumiya, Watanabe Ryo, Verma Priyanka, Miyagi Yuichi, Yamada Hikaru, Miyanari
Setsuko, Fukuhara Choji, New Journal of Chemistry, 48, 3357-3363, 2024.
5) Influence of sulfur contamination on ethylene aromatization over a Ga-modified MFI-type zeolite, Kazumasa
Oshima, Ryo Watanabe, Eriko Konishi, Choji Fukuhara, Masahiro Kishida, Chemical Engineering Journal, 480,148241, 2024.

6) Plasmonic heterojunction photocatalysts for hydrogen generation: A mini-review, Priyanka Verma, Yasutaka
Kuwahara, Kohsuke Mori, Ryo Watanabe, Choji Fukuhara, Hiromi Yamashita, energy & fuels, 37/23, 1765217666, 2023.
7) One-step synthesis of fragment-reduced graphene oxide as an electrode material for supercapacitors, Fango Yao,
Jiaojiao Ma, Choji Fukuhara, Chang Yi Kong et al., ACS Applied Materials & Interfaces, 15-36, 42424-42438,2023.
8) Effect of Ga substitution with Al in ZSM-5 zeolite in methanethiol-to-hydrocarbon conversion, Ryo Watanabe,Natsu Oba, Suchada Smith, Kazumasa Oshima, Masahiro Kishida, Koji Miyake, Norikazu Nishiyama, PriyankaVerma, Choji Fukuhara, RSC Advances, 13, 21441-21447, 2023.
9) Electric-field-assisted catalytic methanethiol decomposition using Pt/CeO2 catalyst, Kazumasa Oshima, RyoWatanabe, Choji Fukuhara, Masahiro Kishida, Catalysis Letters, 154, 1398-1403, 2023.
10) Ethylene production via thermal coupling of methanethiol, Ryo Watanabe, Natsu Oba, Itsuki Kakuno, SuchadaSmith, Kazumasa Oshima, Masahiro Kishida, Priyanka Verma, Choji Fukuhara, Chemistry Letters, 52, 661-664,2023.
11) Synthesis of 2,5-dimethylhexene by isobutene dimerization with H2S co-feeding, Ryo Watanabea, Riku
Tanikawa, Arisa Kurosaki, Kazumasa Oshima, Masahiro Kishida, Priyanka Verma, Choji Fukuhara, RSCAdvances, 13, 14097-14101, 2023.

４．研究所の学外講演活動に関した実績は以下の通りである。
1) 情報機構セミナー講演会、メタネーションの基礎・国内外動向から合成ガスの製造と固体炭素の連続回収技術の実際まで、福原、2023.6.27.
2) CMC リサーチセミナー講演会、 CO2 の資源化と固体炭素化の新しい触媒プロセス技術、福原、
2023.6.30.
3) 磐田商工会議所主催：企業懇談会、温室効果 CO2 ガスの削減と利用(CCUS)を図る革新的な触媒反応
技術、福原、2023.10.2.
4) 静岡大学・中日新聞連携講座 2023、CO2 の削減＆利用で COP 会議の約束草案に貢献する革新的な触媒反応技術、福原、2023.10.24.
5) サイエンス＆テクノロジーセミナー、カーボンニュートラルに向けたメタネーションの要素技術と産業実装への展望、福原、2023.11.10.
6) (公)浜松科学技術研究振興会 科学技術交流会 2024 静岡、温室効果 CO2 ガスの削減＆利用で COP 会
議の約束草案に貢献する革新的な物質変換技術、福原、2024.2.2.

５．活動資金＜福原長寿（所長）＞
科学研究費補助金-基盤研究（A）
科学研究費補助金-挑戦的研究（開拓）＜河野芳海（研究員）＞
科学研究費補助金-基盤研究（B）＜渡部 綾（研究員）＞
科学研究費補助金-基盤研究（B）
科学研究費補助金-挑戦的研究（萌芽）＜武田和宏（研究員）＞
科学研究費補助金-新学術領域（研究領域提案型）

５．その他＜研究所活動の表彰＞
1) 浜松いわた信用金庫 産学連携大賞 産学連携の推進による地域活性化への貢献、福原、2024.3.