化学遺産の第4回認定

4認定化学遺産 第021号

日本の近代化学工業創出の原点
国産技術によるアンモニア合成（東工試法）の開発と企業化●

亀山哲也 Tetsuya KAMEYAMA
第 1 次世界大戦後の国際的な経済競争に対処するためには近代的大化学工業を振興させる必要があるとの観点から，政府は1918（大正 7 ）年に臨時窒素研究所を設立し，高圧法アンモニア合成技術の開発を我が国初の大型プロジェクト方式で行った。
ドイツのハーバーの論文や特許を参考にし，苦労の末開発した安くて高活性のアンモニア合成触媒を用いて，1927（昭和 2 ）年，アンモニア合成に成功した。これは東工試法アンモニア合成技術として世界的に認められている。1931（昭和 6 ）年，昭和肥料
は東工試法アンモニア合成技術を活用してアンモニア及び硫安の企業化に成功した。生産規模は国内最大であった。産業技術総合研究所と昭和電工（株）で保存されている水素製造装置，アンモニア合成触媒，アンモニア合成管，高圧ガス圧縮機等は我が国の近代化学工業創出の原点を物語る貴重な資料である。

日本も第 1 次世界大戦後に予想される国際的な経済はじめに競争に打ち勝つためには化学工業を振興させる必要が20 世紀の初頭，日本は欧米の技術を導入するととあるとの観点から，国策としてのハーバー法によるアもに国産技術を開発し，先進諸国の仲間入りを果たしンモニア合成及びオストワルト法による硝酸合成技術た。日本が現在の技術力を獲得した原点は 20 世紀のの開発を目的として臨時窒素研究所を 1918（大正 7）初頭，国立の臨時窒素研究所（後に東京工業試験所に年に設立した。

吸収）が我が国初の大型プロジェクト方式でアンモニ

最初は学術的小規模実験から始めて日本特有の方法

ア高圧合成技術を開発し，昭和肥料（株）で企業化されを見いだすことを目標に，工業所有権戦時法により専たことにある。

用が許されたハーバーらの特許の内容に関する研究を臨時窒素研究所が開発したアンモニア高圧合成技術実施し，その後は中規模実験に移り，アンモニアは月及び昭和肥料（株）による企業化の意義を保存されてい産 0.5 t（その後，日産 0.5 t に増大），硝酸は月産 2 t

る装置類にも触れながら概説する。

製造され，その成果の企業化を検討することとした。
このプロジェクトは国防にも関するものであり，民臨時窒素研究所によるアンモニア高圧合成技術の開発1,2）間には任せず，陸海軍と協力しながら国家として実施した。

臨時窒素研究所の設立
20 世紀の初頭，ヨーロッパでは産業革命後の人口研究の展開急増に伴う食糧増産のため，空中窒素固定法によるア

大正 8 年から本格的に基礎研究及び小規模実験を開

ンモニアの合成及び硫安の製造が最大の関心事であっ始した。ハーバー法の研究は横山武一，触媒の研究はた。ドイツのハーバーらが 1913 年，高圧法アンモニ柴田勝太郎が中心となって行った。高圧装置の研究はア合成技術を開発し，この課題に応えた。アンモニア

陸軍の後藤尚が担当した。高圧用化学機械の製造技術

は肥料のみならず，爆薬，染料，医薬品の原料としては日本では未発達であり，かつ国防にも関することか極めて重要であった。

ら民間からの参加はなかった。また，研究の推進に関する意見等を聞くため，東北帝大の片山正夫，本多光

かめやま・てつや産業技術総合研究所 名誉リサーチャー・日本化学会化学遺産委員会 委員〔経歴〕1975 年名古屋大学大学院応用化学博士課程修了（工学博士）。同年通産省東京工業試験所入所。87 年通産省化学技術研究所エネルギー化学部第 1 課長。2002 年産業技術総合研究所セラミックス研究部門長。05 年同所中部センター所長代理。09 年定年退職。

太郎，東京帝大の加茂正雄，亀山直人等の教授陣を招聘している。我が国初の大型プロジェクトは官学軍体制で実施された。
小規模実験ではハーバーの学術論文や特許を参考に町工場で実験室レベルの高圧合成管を試作し，大正
13 年ころには研究途上の純鉄触媒を用いて，200 気圧，CHEMISTRY & CHEMICAL INDUSTRY │ Vol.66-7 July 2013547

580℃で 1 日当たり等しい製鉄所のスケール（空気中で熱した鉄の表面にやっと 2 kg のアンできる FeO，Fe3O4，Fe2O3 等の酸化物）を原料に，促モニアが連続して合進剤の種類，量，酸化鉄の酸化度の程度など製造の諸成できるまでになっ条件を異にする多数の触媒を作り，強力で耐久性に優た。

れたアンモニア合成用工業触媒の開発に成功した。こ中規模実験では工の触媒の開発こそが，日本の化学工業史において「東業化用高圧合成装置工試法」アンモニア合成技術として高く評価されるの整備並びにアンモ所以である。

ニア合成用工業触媒

実際に使用された触媒は官の開発が課題であっ営八幡製鉄所のスケール（Fe3O4）た。当時，水素，窒に Al2O（45％），K2O（0 4％）
3素等の原料製造装置，ガス圧縮機等はを混ぜて溶融し，細かく砕い写真 1

リンデ式空気液化分留器てふるいわけしたもの（5 8

まだ国内では製造すmm）であった（写真 4）。昭る技術が育っておら

和 2 年，この触媒を中規模実ず，横山らが中心と験用アンモニア合成管（長さなって大正 11 年から 13 年にかけ，欧3 m） の 触 媒 充 填 室 に 入 れ， 写真 4 アンモニア合成
500℃，200 気圧，空間速度 触媒

米から導入した。

30,000/h の条件で合成管出口

窒素製造装置は大アンモニア濃度 13％を実現し，アンモニアを 30 kg/h

正 11 年にドイツの 写真 2

電解水素発生装置

リンデ社から輸入した。純度 99.5％の窒素を 1 時間当合成することに成功した。いわゆる「日産 0.5 t 計画」を見事に達成した。

3たり 40 m 製造することができた（写真 1）。
合成アンモニアの価格に占める原料ガスの割合が約

昭和肥料
（株）
による東工試法アンモニア合成の企業化3,4）

6 割を占め，しかもその大部分を水素ガスが占めるこ

昭和肥料（株）（昭和 3 年設立，昭和 14 年，日本電気とから，水素をいかに廉価に製造するかが重要な課題

工業（株）と合併し昭和電工（株）となる）は，昭和 4 年であった。当時，余剰電力の利用，高純度の水素が得

4 月，臨時窒素研究所（昭和 3 年 5 月，東京工業試験られるなどの利点からアメリカのエレクトロラボ社の所に吸収）が開発した「東工試法」アンモニア合成法電解水素発生装置（写真 2）を輸入した。一槽当たりを企業化することを決定した。

330.1 m /h，100 槽全体では 11 m /h の水素が製造できた。

昭和 4 年 6 月，東京工業試験所はアンモニア合成に唯一の国産品は（株）
日本製鋼所のアンモニア合成管関する研究業績並びに 6 件の特許の使用を無料で昭和であった。合成管は長さ 3 m，肥料（株）に許可した。その上，9 月には企業化を円滑2 m，1 m の 各 1 本 で， 外 径に実施するために横山武一と中村健次郎が同社に入社

38 cm，内径 24 cm の同一径，した。

材質はニッケル・クロム鋼製「国産の技術でアンモニアができたら首をやる」とで 300 気圧，500℃までの高いう他社の批判のなかにあって，昭和肥料（株）は臨時温高圧下で使用することがで窒素研究所の技術を用いて 120 t/d のアンモニアの製きた（写真 3）。

造に着手した。高圧機械装置類のうち，外国製のもの

中規模実験での最大の課題はリンデ式窒素製造装置のみであり，その他の装置はは優秀な触媒の開発にあっいずれも日本製であった。臨時窒素研究所が使用したた。柴田らはほとんど廃物に 写真 3 アンモニア合成管

中規模実験用の輸入装置を参考にしてわずか 10 年で548

化学と工業 │ Vol.66-7 July 2013

表1

アンモニア合成方式の分類と国産化

方式

会社名

低圧法

（atm）
（℃）
（％）設立時 現在工場所在地

硫生産 安開始 （万年月 t ／年）

モンスニ・ 90
ウーデ法〜（ドイツ） 150

400〜
500

8〜
12

ハーバー・ 200
ボッシュ法 〜（ドイツ） 350

50010
日本 三菱 福岡県〜
1937.9タール 化学 黒崎
158250NEC 法〜（アメリカ）
350

50010〜15住友肥料

住友 愛媛県1931.4化学 新居浜

3200〜
300500

10〜
15昭和
肥料

昭和 神奈川1931.4 15
電工 県川崎ファウザー 200法〜（イタリア） 300

500

10 大日本日産 富山県1928.3〜 人造化学 速星
16 肥料

600
カザレー法
〜（イタリア）80050020

日本
宮崎県
窒素 旭化成1923.10 1
延岡
肥料

900 500
クロード法〜〜（フランス）
1000 650

25

クロード 三井 山口県
1924.10 1
窒素 化学 彦島

写真 5 水電解槽

中圧法

東工試法
（日本）

写真 6 合成ガス循環機

合成管
圧力 温度 出口
NH3
濃度

失作工業

東亜
愛知県
合成
1933.12 4名古屋
化学

3高圧法

代化学技術の外国からの自立を示すものとして極めて写真 7

意義深いものであった。

アンモニア合成管

民間が化学機械を製造できるまでに成長したのである。

おわりに水素製造用の電解槽は（株）日立製作所で製作された

外国技術の導入が主流であった 20 世紀初頭の日本

3にあって，東京工業試験所が開発した「東工試法」アm /h の水素が製造できた。合成ガス循環機は（株）東ンモニア合成の企業化は我が国の近代化学技術の外国

京石川島造船所（写真 6）から購入した。300 気圧，からの離脱とともに国産技術に対する自信を与え，そ（写真 5）。一槽当たり 4 m /h，2,500 槽全体で 10,000
3318,000 m /h の能力であった。
（株）神戸製鋼所からも購の後のメタノール，尿素，人造石油，ポリエチレン等入した。の近代化学工業の創出・発展を主導したものとして高昭和 6 年 4 月，アンモニア合成触媒 1,900 kg を高さい評価が与えられている。

7 m， 外 径 1 m の 合 成 管（ 写 真 7） に 充 填 し， 温 度

産業技術総合研究所（東京工業試験所等の統合）及500℃，圧力 300 気圧，空間速度 22,600/h の条件で 10び昭和電工（株）に保存されている，当時活躍した装置％濃度のアンモニアの合成に成功した。昭和 6 年 10類（写真 1 〜 7）はその自信のほどを物語っている。

月には 120 t/d（1 基当たり 20 t，6 基）のアンモニア

1） 亀山哲也, 鎌谷親善,「臨時窒素研究所の 10 年」『化学工業資料』1979, ,13.
2） 亀山哲也 , 江崎正直 ,「アンモニア合成技術の歴史」『20 世紀の日本の化学技術』, ティー. アイ . シィー 2004, 6.
3） 昭和電工『昭和電工五十年史』, ダイヤモンド社 1977, 37.
4） 河瀬文太郎編『扇町さくらーアンモニア製造八十年の物語ー』, 昭和
電工 2011.

が製造できるようになった。当時，各社が競って外国技術を導入し，外国技術の博覧会的様相を呈していた状況（表 1）にあって，昭和肥料が東工試法による国産技術でアンモニア合成を実現し，しかもその規模がⒸ 2013 The Chemical Society of Japan

最大（硫安年産 15 万 t）であったことは，日本の近CHEMISTRY & CHEMICAL INDUSTRY │ Vol.66-7 July 2013549