「革新的環境技術シンポジウム2020～ビヨンド・ゼロに向けたイノベーションの推進」「無機膜を用いたビヨンド・ゼロに向けた取り組み」
令和２年12月9日（公財）地球環境産業技術研究機構
無機膜研究センターセンター長
中尾 真一

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本日の内容１．無機膜研究センターについて
２．研究部門の研究成果
・ＣＶＤシリカ膜・パラジウム膜・ゼオライト膜

３．今後の計画について

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本日の内容１．無機膜研究センターについて
２．研究部門の研究成果
・ＣＶＤシリカ膜・パラジウム膜・ゼオライト膜

３．今後の計画について

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無機膜研究センター（2016年4月設立）【センターの目的】①無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の実用化②産学官の連携による無機膜産業の確立③メーカー、ユーザー企業と連携した研究開発の推進④中堅・若手研究員への技術伝承
無機膜研究センター
研究部門

センター長
中尾 真一
副センター長 山口 祐一郎
主席研究員 喜多 英敏

産業連携部門

海外主要研究機関
産業化戦略協議会
主要ユーザ企業

ファインセラミックス
センター

主要メーカー・分離膜メーカー
・支持体メーカー

・エネルギー企業・エンジニアリング会社
・化学会社
・鉄鋼会社 etc…

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無機膜研究センターが保有する無機系分離膜
膜構造
O

シリカ

Si

主な用途
Si

OO
O

特長

◆MCH脱水素

O

Si
Si

製法

Si

◆低コスト水素製造

アモルファス

対向拡散CVD法
CVD; Chemical vapor
deposition（化学蒸着）◆CCU技術◆低コスト水素パラジウム◆膜構造設計の自由度◆高い水素透過性能

製造

RITE独自の無電解めっき法◆CCU技術◆理論的には水素以外は透過しない◆耐久性向上とコスト低減の可能性（従来技術の課題を解消）

細孔内充填型◆CO2分離ゼオライト◆CCU技術

水熱合成法◆結晶構造に由来する
均一な細孔◆特異的な吸着性能

結晶5産業化戦略協議会
会員数：18社
分離膜・支持体メーカー
京セラ、住友化学、日立造船、ニッカトー、三菱ケミカル

ユーザー企業
旭化成、岩谷産業、大阪ガス、川崎重工業
神戸製鋼所、ＪＦＥスチール、石油資源開発、
大陽日酸、千代田化工建設、東京ガス、
日揮、日本ゼオン、丸善石油化学
連携会員：ＪＦＣＣ
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産業化戦略協議会 ～活動実績～
１） 無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の実用化・産業化に向けた２つの研究会を実施中
２） 国費事業については、NEDO情報提供（RFI)実施
３） 無機膜関係の研修会を実施

４） 会員からの技術相談を受け、個別プロジェクトへ発展
５） 3回の会員限定セミナーを実施
６） 2回のニーズ・シーズ情報(文献・特許）提供の実施
７） 南京工業大学への海外視察調査実施

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テーマ別研究会
テーマ概要

無機膜を利用した天然ガス田のＣＯ２／ＣＨ４
ＣＯ２分離 分離技術の実用化に向けた各種活動、その早期の実現
無機膜の実用化のために必要な共通基盤共通基盤 （信頼性評価方法の考案、標準化等）の整備に向けた各種活動、早期の実現

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本日の内容１．無機膜研究センターについて
２．研究部門の研究成果
・ＣＶＤシリカ膜・パラジウム膜・ゼオライト膜

３．今後の計画について

9シリカ膜、Pd膜をメタン分解による水素製造へ適用水素基本戦略(概要)
３．水素社会実現に向けた基本戦略①(1)低コストな水素利用の実現：海外未利用エネルギー/再生可能エネルギーの活用➢2030年頃、年間30万t程度の水素を調達。３０円/Nm3➢将来的に２０円/Nm3

メタン分解反応への膜反応器の適用
CH4 → C+2H2
実施項目： ①水素選択透過膜(シリカ膜、Pd膜)の開発②メタン分解用触媒の開発③膜反応器の適用
10精密に細孔径を制御したシリカ膜およびPd膜の開発＜シリカ膜の耐熱性＞
水素透過率の経時変化

窒素透過率の経時変化○ 500℃
製膜温度；低い◇ 550℃△ 600℃▽ 600℃ → 製膜温度；高い

高い温度で製膜した膜は耐熱性を有する
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精密に細孔径を制御したシリカ膜およびPd膜の開発＜パラジウム膜の耐熱性＞

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膜反応器の開発及び有効性の実証検討
Pd膜+Ni/Fe/Al2O3触媒得られたカーボン

触媒を中心にグラフェンが層状に積層されているような構造

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本日の内容１．無機膜研究センターについて
２．研究部門の研究成果
・ＣＶＤシリカ膜・パラジウム膜・ゼオライト膜

３．今後の計画について

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CO2を原料としたメタノール合成
次世代火力発電等技術開発/次世代火力発電基盤技術開発/
CO2有効利用技術開発

2,710万t

7,300万ｔ + （3,840万ｔ *– 1,130万ｔ） = 1億10万ｔ（CO2削減量）＊現行のメタノール合成CO2排出原単位：0.768 t-CO2/t-MeOHとして算出

15親水性ゼオライト膜メンブレンリアクターの適用
CH4 + H2O → CO + 3H2
CO + 2H2 → CH3OH

従来技術（化石燃料由来）

CO, CO2, H2 パージ

天然ガス

脱硫

MeOH
H2O

CO, CO2, H2→ MeOH, H2O

改質（900℃）

反応器

MeOH

気液分離蒸留塔
H2O

反応工程が複雑（高圧反応、多段プロセス）・エネルギー消費量大RITEプロセス(CO2有効利用）特許出願済み（JFEスチールと共同出願）
CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O

CO2, H2

パージ

CO2(Captured)
Industry H2
byproduct(BFG,etc.)
or Electrolysis

CO2, H2
掃引ガス

MeOH
微量H2O

H2O＋除熱排気膜反応器(高H2O選択性ゼオライト膜)・膜反応器による効率向上(CO2利用が可能)
省エネ、・スイープガスによる効率的な除熱
低コスト化
・蒸留工程が不要あるいは小規模化（一段プロセス）16

ゼオライト膜の開発目標＜膜の開発目標（one-pass）＞
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Conversion 40%↑
Recovery 99%↑

◼SV=1,000 h-1
H2O/MeOH

One-pass
転化率50%＆回収率99%&
純度95%の達成条件

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Conversion 50%↑
Recovery 99%↑
Purity 95%↑

PurityPurity :95%↑
:90%↑

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Si-rich LTASi-rich LTA
反応圧力； 5 MPa
性能改善
性能改善
反応温度； 503 K• 薄膜化 • 薄膜化*PBR• 非対称支持体の使用

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Conversion 23%
Purity 50%

101010203040-7250

Water permeance [10 mol/(m s Pa)]

• 1×10-6 [mol·m-2·s-1·Pa-1] 以上の水蒸気パーミアンス• 1,050以上のWater/MeOH選択性＠230ºC

17脱水膜を用いたメンブレンリアクターの優位性
透過分離性能が向上した膜（F-Si-rich LTA膜）を用いることにより、従来の触媒充填層型反応器と比較して転化率が約３倍
P(H2O)= 1.5×10-6 [mol·m-2·s-1·Pa-1]
H2O/MeOH= 2000 @200℃

供給ガス：H2/CO2=3
SV=200 h-1
温度：200℃
圧力: 1-4 MPa18脱水膜の長尺化検討
実用化に向けて、開発した高い脱水性能を示すSi-rich LTA膜の長尺化の検討を開始（今年度末までに50cmLの脱水膜の開発を目指す）

現状；30 cmL

＜膜性能の目標値＞◆H2O透過率；>1.0 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1
◆分離性能（H2O/MeOH）；>1,050

今年度の目標；50 cmL
実用的には少なくとも100 cmLが必要（外径はφ12 mmを仮定）

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本日の内容１．無機膜研究センターについて
２．研究部門の研究成果
・ＣＶＤシリカ膜・パラジウム膜・ゼオライト膜

３．今後の計画について

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無機膜研究センター・今後の進め方
１．シリカ膜、Pd膜
シリカ膜：高い水素分離性能を有する膜の開発。
Pd膜：合金化による耐熱性、耐久性の向上。

２．ゼオライト膜
特性のさらなる向上を図るとともに、実用化に向けて膜の長尺化を図る。

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無機膜研究センター・今後の進め方
３．膜反応器
各種反応系（水素、 CO2有効利用）へ適用し、最適構造を検討していく。

４．産業化戦略協議会
国プロへの応募などを行い、新しい用途に無機膜の適用を検討していく。

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謝辞

本発表の成果の一部は、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）
・「水素利用等先導研究開発事業／炭化水素等を活用した二酸化炭素を排出しない水素製造技術調査／膜反応器を用いたメタン直接分解によるCO2フリー水素製造技術」
・「ゼロカーボン・スチールの実現に向けた技術開発」の結果、得られたものです。
関係各位に感謝いたします。

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ご清聴ありがとうございました。

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