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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項目1. 気相中窒素化合物の資源アンモニア化
発表者：小倉 賢（東京大学生産技術研究所）
岩本正和（早稲田大学）
田中光洋（宇部興産株式会社）
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1

⼈類に貢献してきた触媒技術
窒素酸化物NOxの除去＝環境問題解決
直接分解→N2 + O2

もっとも理想的，もっとも困難

還元反応＋HC→N2 + CO2 + H2O＋CO→N2 + CO2

現⾏⾯排出NOx除去法
選択性に難（共存O2）＋NH3→N2 + H2O

現⾏点排出NOx除去法
外部添加の必要性

アンモニアNH3の合成＝⾷料資源エネルギー問題
N2 + H2 → NH3
⾼温⾼圧HBプロセス
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NOxは化学原料︕※資源化 “プロセスイノベーション”

LNG⽕⼒発電施設（現⾏）
化学反応的ゲームチェンジ＜NOx改質装置＞

⽔素源

※無害化

（CH4等）＜排煙脱硝装置＞（燃焼排ガス）

NH3

NO

メリット①
還元剤（NH3）が不要になる（原料ガス）

N2

NO

メリット②
現⾏以上のエネルギーを投⼊する必要がない

NH3
メリット③
NH3の輸⼊量を⼤幅に削減できる可能性がある

HB⾼温⾼圧プロセスの回避

NO＋NH3→N2
国⽴研究開発法⼈新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）
2019年度エネルギー・環境新技術先導プログラム

NO＋(H)→NH3「燃焼器から排出される窒素酸化物からのアンモニア創出プロセス開発」

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なぜNOxからアンモニア︖
⼈間活動により最も地球システムに固定されている
窒素化合物

資源・エネルギー善

環境悪42019-2020NEDOエネ環先導
具体的な技術開発の例と検討チーム

材料調製・評価チーム実験実証【タービン系】
⼤流量燃焼器１段階プロセス

NOx

開発すべき技術
・超選択的なNOx吸着・⼤量のNOx⾼速吸蔵・省エネルギーでの回収【ごみ処理系】
⽐較的低流量（含夾雑物）

B.資源化（触媒変換）
開発すべき課題
・低温での反応促進
・気相への脱離促進
・共存酸素の影響排除

NH3

A.吸着・回収・濃縮
２段階プロセス

理論解析・評価チーム
最適解構築

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MS気相NTAチームの取り組み

NOx濃縮

NH3変換

吸着・吸蔵

触媒変換
NH3資源

燃焼排ガス中NOx（ガス状NH3等）

NH3変換
触媒変換

NH3分離
⾼純度化

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MS気相NTAチームの⽬標

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気相NTA触媒システム実装イメージ
2029年パイロット絵姿
実証試験
想定実施場所︓
宇部興産
排ガス

250 〜1000Nm3/h
1,000 〜5,000ppmNOx

NOx→アンモニア
変換
変換率50%
100%
炉内循環

2050年社会実装イメージ
NH3製造
（資源化）
プラント

化成品
原料利⽤

NH3CH4NOx

燃焼ガスNH3貯蔵タンク

復⽔器（タービン）

燃料タンク

ガスタービン

脱硝⽤還元剤(NTA反応)

脱硝⽤還元剤
利⽤

蒸気タービン

発電機

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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項目1. 気相中窒素化合物の資源アンモニア化

親水性／疎水性空間内での金属種由来の静電場を利用した
超高選択的なNTA用NO吸着
発表者：小倉賢（東京大学生産技術研究所）

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9

プロジェクト内の位置づけ
有害窒素化合物
排ガス中NOx

廃⽔中窒素化合物

アンモニアに変換

アンモニアの分離濃縮

燃料

⼯業⽣産
アンモニア代替
希薄窒素化合物

希薄
アンモニア濃縮アンモニア共存物質

NTA変換触媒システム
東⼤︓NO選択吸着材料/利⽤法開発
産総研（福島）︓無酸素NTA触媒開発
宇部興産︓パイロット試作試験

脱硝⽤還元剤

エンプラ

N2
NOx NH3

項⽬1の2029年度⽬標︓NOxをアンモニアに回収・転換するNTA (NOx to Ammonia)
技術のパイロット実証
東⼤の役割︓NOxを選択的に吸着濃縮する吸着材・吸着技術の開発
東⼤の2029年度⽬標︓NTA触媒システムパイロット実証に向けたNO吸着濃縮材料
10および基本プロセスの確⽴

MS気相NTAチームの取り組み

NOx濃縮

NH3変換

吸着・吸蔵

触媒変換
NH3資源

燃焼排ガス中NOx（ガス状NH3等）

NH3変換

NH3分離

触媒変換

⾼純度化

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開発内容・開発項⽬
燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物NOxに対して⾼度に選択的な吸着構造体の設計を⾏う（低温・物理吸着型）
ゼオライト（親・疎⽔性）

多孔性配位⾼分⼦
MOF/ZIF（疎⽔性，ゲート）【開発内容】• 排ガス中NOを選択的に吸着回収し，濃縮できる吸着材の研究開発• 吸着材とNTA触媒（産総研福島）を活⽤し，アンモニア還元剤を製造するシステム設計12

成果(1) NO吸脱着 on Pd-ゼオライト•

⽔蒸気共存下でのNO吸着能が⼗分な素材の発⾒（ゼオライト系）

Pd-ZSM-5

Pd-Beta
100 C120 C150 C150 C200 C200 C

wetdry100 C

120 C

adsorption: NO 500ppm, O2 10%, (wet H2O 5%)/N2 200 mL/min at 100-200 C
TPD: O2 10%/N2 200 mL/min, heated to 500 C (10K/min)13成果(1) NO吸脱着 on Pd-ゼオライト•

⽔蒸気共存下でのNO吸着能が⼗分な素材の発⾒（ゼオライト系）
⽔蒸気共存下でほぼ変わらない吸着特性
吸着温度特性Pd-ZSM-5

Pd-Beta
100 C120 C150 C150 C200 C

200 C

wetdry100 C

120 Cadsorption: NO 500ppm, O2 10%, (wet H2O 5%)/N2 200 mL/min at 100-200 C
TPD: O2 10%/N2 200 mL/min, heated to 500 C (10K/min)14成果(1) NO吸脱着 on Pd-ゼオライト•

⽔蒸気共存下でのNO吸着能が⼗分な素材の発⾒（ゼオライト系）
⽔蒸気共存下でほぼ変わらない吸着特性
吸着温度特性⾮常に⾼い吸着キャパシティ

Pd-ZSM-5

Pd-Beta
100 C120 C

150 C150 C200 C200 C

wetdry100 C

120 C

adsorption: NO 500ppm, O2 10%, (wet H2O 5%)/N2 200 mL/min at 100-200 C
TPD: O2 10%/N2 200 mL/min, heated to 500 C (10K/min)15成果(2) NO吸脱着 on Co-炭素•

⽔蒸気共存下でのNO吸着能が⼗分な素材の発⾒（ZIF系）

200 nm

⽔蒸気共存下でほぼ変わらない吸着特性，ゼオライト吸着材の3倍以上→選択的吸着の実現

⾮常に特異的なコア・シェル構造の作り分けに成功
Ge et al. submitted
⼩倉，特許出願済み
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まとめ（東京⼤学）【プロジェクト内役割】
NOを選択的に吸着濃縮する吸着材・吸着技術の開発【2029年度⽬標】
NTA触媒システムのパイロット実証に向けた材料・基本プロセスの確⽴【開発項⽬】
親⽔性／疎⽔性空間内での⾦属種由来の静電場を利⽤した超⾼選択的なNTA⽤NO吸着材の開発【成果(東京⼤学)】• ⽔蒸気共存下でのNO吸着能が⼗分な素材の発⾒，ゼオライトタイプの選別で温度特定やキャパシティが可変（ゼオライト系）• ⽔蒸気共存下でのNO吸着能が⼗分な素材の発⾒，ゼオライト系の3倍強の吸着キャパシティを⽰す（ZIF系）

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