0901

ムーンショット型研究開発事業 目標４

成果報告会

2021

産業活動由来の希薄な窒素化合物の循環技術創出―プラネタリーバウンダリー問題の解決に向けて
プロジェクト概要
項目３研究開発項目および成果

発表者：川本徹（産業技術総合研究所）
PM：川本 徹国立研究開発法人産業技術総合研究所 材料・化学領域 ナノ材料研究部門
研究グループ長
PJ参画機関：国立研究開発法人産業技術総合研究所、国立大学法人東京大学、学校法人早稲田大学、国立大学法人東京農工大学、国立大学法人神戸大学、
国立大学法人大阪大学、国立大学法人山口大学、協和発酵バイオ株式会社、
株式会社アストム、東洋紡株式会社、株式会社フソウ、宇部興産株式会社
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プロジェクトの背景
Tsunemi et al., submitted

環境中ストック
⼈為排出=0.8億ならバランス

⾃然発⽣による増 2.2億

1.8億

推定

2.6億

無対策時予測2050年

⾃然浄化による減 3億(b)⼈為的窒素化合物排出量の現状と⽬標の⽐較
2010年(a)窒素化合物排出量の⽬標値(トン-N/年)

⼈為的排出⽬標値 0.8億2050予測2.6億

Galloway, Biogeochem. (2004),
Fowler, Philos.Trans. R. Soc. B Biol. Sci. (2013)de Vries, Curr. Op. Env. Sus. (2013)

施肥・フードロス
削減等

⽬標
01.8億
-1億トン-N/年
0.8億

10,00020,00030,000⼈為的窒素化合物排出量(万トン-N/年)

1億トン-N/年の削減上積みが必要
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プロジェクトの概要

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研究開発項⽬【項⽬1. 気相NOx無害化・資源化】①排ガス中低濃度NOxNH3の濃縮②NOx→NH3触媒の低温活性向上でエネルギー削減③共存酸素の影響のない⼿法開発(O2分離、酸素下でも使⽤できる触媒)
排ガス

NOx

NOx

希薄NH3NTA①50%

分離②100% 濃縮

還元剤

⼯業廃⽔調整槽

沈殿池

濃縮へ（2-2）

NH4+処理⽔

NH4+

②

H2O

廃水

低浸透圧

NH3
資源

●微好気NH4+変換プロセス（レトロフィット、低濃度廃⽔）
アンモニア化促進

H2ODSDS【項⽬2-1. ⽔相資源化(変換)】
多様な施設・廃⽔に適⽤できる好気・嫌気の効率的NH4+
変換バイオプロセスの構築

反応タンク(自発的な水透過)N2①変換率50% →アンモニアを脱硝材に利⽤。NOx完全浄化②変換率100%→分離濃縮し、アンモニア資源へ

汚泥循環（ 破砕等）

NH4+濃縮液 浸透圧駆動
DS

脱硝NOx

【項⽬2-2. ⽔相資源化(濃縮)】①項⽬2-1からの様々なNH4+・夾雑物濃度の廃⽔に適⽤可能な膜分離/吸着分離の新規開発②超省エネ分離濃縮プロセス構築

正浸透膜駆動溶液(DS)

高浸透圧

⾰新的膜分離法

アンモニア

従来蒸留法

廃⽔

⾰新的吸着法・従来蒸留法の1/100以下の消費エネルギーの達成【項⽬3. 全体像構築】①全体プロセス設計による実機・パイロット等具現化 ②
LCA・リスク評価技術に⽴脚した経済性・環境影響評価

・NH4+消失阻⽌・余剰汚泥を窒素源として利⽤

余剰汚泥●⾼濃度窒素対応嫌気膜分離活性汚泥法(MBR)(新設、⾼濃度廃⽔）
希薄廃⽔の濃縮CH4

濃縮廃⽔の嫌気性消化濃縮へ（2-2）

⼯業廃⽔

NH4+
FO膜濃縮

嫌気MBR

・⾼窒素濃度阻害への耐性賦与
・⾼省エネ性、コンパクト
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発表内容
時刻 項⽬
発表機関
10:00 概要紹介
川本徹, 産業技術総合研究所(1)10:06
⼩倉賢, 東京⼤学
項⽬1.
10:15
岩本正和, 早稲⽥⼤学
NOx無害化・資源化
10:21
⽥中光洋, 宇部興産
10:24
堀知⾏, 産業技術総合研究所(2)10:28 項⽬2-1.
寺⽥昭彦, 東京農⼯⼤学
10:34 ⽔相窒素化合物変換 ⼤橋亮, 協和発酵バイオ
10:37
池道彦, ⼤阪⼤学
10:46
松⼭秀⼈, 神⼾⼤学
10:58
櫻井秀彦, 東洋紡
11:02 項⽬2-2.
⽐嘉充, ⼭⼝⼤学
11:07 ⽔相窒素化合物濃縮 ⼟井正⼀, アストム
11:10
川本徹, 産業技術総合研究所(3)11:17
⼩暮⾹奈実, フソウ
11:20
質疑応答
概要について、より詳しい内容を14:35から第⼀会場でご説明します。
https://www.n-cycle.jp/5

項⽬3の概要
項⽬１、項⽬２における研究開発技術の普及による窒素化合物排出の削減効果等を評価し，窒素循環技術実⽤化に向けた課題を明確化する
各要素技術の最適組み合わせを⾒出し、実⽤システムを構築。さらにライフサイクルアセスメントや環境影響評価により、本技術を基にしたプラントだけでなく、周辺への影響も幅広く検討【必要技術と開発課題】①窒素循環技術の研究開発データ・モデルの管理②窒素フロー把握による多様な環境影響の推定③局所・都市スケールでの窒素化合物のリスク推定①窒素循環技術を導⼊したシステム設計・実装【解決法】項⽬1,2での研究開発技術の総合的評
価のためのフレームの構築ならびに要素技術の開発①窒素循環技術の研究開発データならびにモデルの管理のためのテンプレート作成②世界唯⼀の窒素インベントリデータの開発，局所・都市スケールに適⽤可能な領域⼤気化学輸送モデルの開発③推進委員会の運営，知財運営委員会の運営，国
内・海外の動向調査

環境影響評価②LCAによる窒素循環技術導⼊の評価③窒素化合物循環のリスク評価

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項⽬3の成果(新技術の環境影響評価)••

燃焼ガス中のNOx再利⽤の環境影響評価を実施し、既存のNOx無害化処理と⽐較総合評価によって、NOx回収利⽤が環境影響の低減化にもたらす効果を明確化【既存技術 vs 新技術】

Xue et al., Sustainability, 13(14), 7826 (2021).

新技術(NOx資源化)

従来技術(脱硝)：SNCR/SCR*
燃焼ガス

NOx

N2

脱硝排出

NOx
燃焼ガス

転換吸着/脱着

NH3

高付加価値製品

NH3 還元剤【環境影響評価】(1) 被害評価（LIME2、4項⽬）
従来(2)統合評価（LIME2）

SNCR

従来SCR

SNCR
SCR

新技術

新技術

(3)新技術の環境影響の要因分析
廃棄物処理
吸着材
製造

14%

14%

CO2排出

5%

NOx排出
26%

触媒製造
28%
7%

NOx処理は社会資
産(農業・漁業等)への影響が⼤

被害⼤
被害中
被害⼩

統合評価では新技術の環境影
響が最も⼩さい*SNCR：無触媒還元法（selective non-catalytic reduction）、SCR：選択接触還元法（selective catalytic reduction）

メタン製造

新技術をさらに改善する
⽅法を明確化
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まとめ
【背景】
• 窒素化合物の環境放出は、プラネタリーバウンダリー最⼤の課題の⼀つ→回復可能性と⾔う観点では気候変動などを超えるリスク• この課題を解決するには、産業・⽣活からの排出を1億トン削減することが必要【研究開発の⽬的】• 2050年に、1億トンの窒素化合物排出を削減する技術の開発【開発項⽬】• 排ガス中NOxをNH3に変換し、無害化、資源化する技術• 廃⽔中窒素化合物をNH3に変換し、資源化する技術• 開発した技術の有効性の評価【成果(項⽬3)】• 排ガス⽤新技術が既存技術より環境影響が少ないことを確認

概要について、より詳しい内容を14:35から第⼀会場でご説明します。
https://www.n-cycle.jp/8