シリカ膜による脱水素メンブレンリアクターの開発－水素社会構築への貢献－
水素社会の実現には、水素の安定供給を可能とする輸送・貯蔵技術の開発が必要です。メチルシクロヘキサン（MCH）は水素の輸送貯蔵手段「エネルギーキャリア」として期待されています。RITEではこれまで蓄積してきた膜分離技術を活用し、エネルギーキャリアから効率的に水素を分離・精製するプロセスの研究開発に取り組んでいます。

エネルギーキャリアと脱水素プロセス
エネルギーキャリア

海 外

国 内

水素化反応
（既存技術）
CH3

回収トルエントルエン
MCH

オンサイト用
小型脱水素装置

脱水素プラントTOL

H2H2H2H2H2
CH3脱水素触媒+ 3H2

水素分離膜
MCH

脱水素反応
（新規開発が必要）

MCH
水素CH3

生成した水素を選択的に引き抜くことによって、脱水素反応が促進されます（平衡シフト効果）

水素ステーション

CH3100+ 3H2ＲＩＴＥの取り組み

MCH

転化率 [%]

油田の随伴ガス、褐炭等の化石燃料

水素パイプライン
水素コミュニティなど

水素発電所

再生可能エネルギー

平衡転化率シミュレーション膜反応器
充填層反応器80トルエン

定置用燃料電池

CCS

H2MCH

MCH

トルエン

効率的脱水素プロセスを実現する
メンブレンリアクター（ＭＲ）

RITE技術604020

海外で製造した水素を、メチルシクロヘキサン（MCH）にして日本へ輸送し、日本で脱水素することで、効率的な水素の貯蔵搬送を行ないます。これにより、常温常圧での体積を約５００倍に圧縮することができます。
水素キャリアとしてMCHを用いると、常温常圧で石油と同等に扱うことができるため、海外からの輸送はタンカー等の既存インフラを用いることができます。
脱水素装置がよりコンパクトで効率的にできれば、都市部の中規模水素用途までMCHで輸送できるようになります。

0180200220240260280300320

温度 [℃]

反応温度の低減を確認（約 310→280 ℃ ＠転化率 90 %）ＣＶＤシリカ膜とメンブレンリアクター： 脱水素プロセスのコンパクト化、高効率化が可能
CVDシリカ膜
RITE技術メンブレンリアクター試験装置と一体型シリカモジュール

水素選択分離シリカ膜の製膜技術
高純度H2100TOL604042% : 平衡転化率20対向拡散CVD法は、分子サイズの細孔を均一に製膜できます。

500mmL×3本
MCH

0.0E+000ＭＲの構造

106

メンブレンリアクター
（ＭＲ）

105

新規シール部

0

シリカ膜の性能比較
107

分離能 α(H2/SF6)

転化率 [%]

80

5.0E-030.005

1.0E-020.01
MCH 導入量 [mol/cm2 min]1.5E-020.015
一体型モジュール

290℃において42.1％であった平衡転化率が500 mmL×3本において95％まで向上

104
103

500mmL×3本からなるメンブレンリアクター試験装置を作製し、転化率が向上することを実験的に確認するとともに、シリカ膜を金属接合できる一体型モジュールの作製にも成功しました。

10210110-710-610-510-4

水素透過率 ［mol m-2 s-1 Pa-1］

solgelCVD

RITE 2016

RITE 2017

RITEでは、世界トップレベルの特性の膜が得られています。

※この成果は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のプロジェクト「水素利用等先導研究開発事業／エネルギーキャリアシステム調査・研究／水素分離膜を用いた脱水素」の委託事業の結果得られたものです。

ピュアシリカゼオライト膜－CO2分離回収コストの大幅低減を実現へ－
天然ガスやバイオガス等のエネルギー資源をより効率的に活用するには不純物であるCO2を除去することが必要です。近年その手法としてゼオライト膜を用いた膜分離法が注目されています。しかしながら、現在検討されているゼオライト膜は、CO2透過速度が小さい、もしくは水蒸気の吸着によって細孔が閉塞するため、除湿装置との組み合わせが必要になり、エネルギー消費量の増加と装置の大型化が問題となっています。
そこでRITEでは、除湿装置が不要となるとともに装置の小型化・運転コストを低減して、CO2分離回収コストの大幅低減を図ることを目的に、耐水蒸気性とCO2高速透過性を両立できるゼオライト膜の開発を進めています。

CO2/CH4分離膜と求められる特性
アルミノシリケート型（従来品）

前処理施設（脱硫、炭酸ガス分離など）

LNGタンク
液化プラント

構成元素
Si, O, Al, 陽イオン (Na, K)
特徴
極性分子との高い親和性 (H2O)
耐水熱安定性に乏しい

RITE技術ピュアシリカ型
天然ガス（ガス田）

天然ガス田における
CO2/CH4分離

バイオガスの精製（CO2/CH4分離）

高いCO2透過分離性能（選択性を維持しつつ高速透過性を有する）と耐水蒸気性を併せ持つゼオライト膜が必要

構成元素
Si, O
特徴
分子拡散性に優れる
耐水熱安定性に優れる

RITE-1膜（ピュアシリカゼオライト膜）の分離性能
ピュアシリカゼオライトの適用分野

CHA構造

H2分離
（水素/トルエンなど）
有機ハイドライドからの水素精製、メンブレンリアクター

H2O分離（水/酢酸など）
蒸留代替（膜分離）0.38 nm

CO2分離（二酸化炭素/メタンなど）

８員環３次元構造
細孔径；0.38 nm
動的分子径CO2; 0.33 nm
CH4; 0.38 nmPure Silica Zeolite

バイオガス、天然ガス、IGCC

CxHy分離アルコール分離（エタノール/水など） （プロピレン/プロパンなど）
蒸留代替（膜分離）

蒸留代替（吸着 or 膜分離）

様々な分離用途に適用可能

RITE-1膜（ピュアシリカゼオライト膜）は、世界トップクラスの「CO2透過分離性能」を有します。

細孔内充填型Pd膜の開発－水素供給インフラの整備に貢献－
水素社会を実現するためには、水素ステーションなどの水素供給インフラの整備が必要不可欠です。近年、注目を集めているのが反応と分離を同時に行うことができるメンブレンリアクター(膜反応器)を用いる水素製造プロセスです。
既存技術であるPSAを用いる水素製造プロセスと比較して、メンブレンリアクターを用いることでプロセス全体の簡素化・省エネルギー化が可能になると期待されます。RITEでは、メンブレンリアクターの実用化に向け、“低コストかつ高耐久性を有する細孔内充填型Pd膜” の研究開発に取り組んでいます。

Pd系水素分離膜の種類と特徴
通常型薄膜
遊離型 (圧延膜)

メンブレンリアクターの用途展開
水素が生成する反応系、たとえばアンモニア分解（水素キャリア）やドライリフォーミング（CCU）への適用等が検討されています。

細孔内充填型(無電解めっき、電解（RITE独自技術）
めっき、スパッタ、CVD)

Pd＜アンモニア分解（展開例）＞
2NH3 ⇄ N2 + 3H2
ΔH = + 46 kJ mol-1
メンブレンリアクター

PdPd

保護層

コスト

×○

◎

耐水素脆性

○(厚膜)

×

○

耐熱性

○

×

○

飛翔物耐性

○×

◎

合金耐性

××

○

・実用化試験段階
・高水素選択性・高水素透過性能
・多元系合金膜作製容易

その他

・Ｐｄ使用量低減可能
・細孔内に緻密な膜形成が可能

細孔内充填型Pd膜は低コストかつ高耐久性

生成した水素を選択的に引き抜くことによって、反応が促進されます。（平衡シフト効果）

新奇な構造である細孔内充填型Pd膜の構造と性能
 細孔内充填型Pd膜の透過分離性能

30 µm
SEM

10 μm

EDXAlH2 透過率 [mol m-2 s-1 Pa-1]

1.4E-06

Pd6～7 μm

 支持体内にPd膜を形成
 Pd使用量：表面型Pd膜の1/3
 30 cm支持体への製膜可能
 Pd層深さを15 – 60 µmで制御可能～2017年度● 従来型Pd 膜 6 μm

1.2E-06● 細孔内型Pd膜 6 μm

1.0E-06
8.0E-07
6.0E-074.0E-072.0E-07
0.0E+00
100200300

2018年度；水素透過率の向上に成功

1.50
H2 透過流束 [mol m-2 s-1]

 細孔内充填型Pd膜の構造

400
500
温度 [oC]

600700H2 permeance@500oC
1.3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1

1.25
1.000.75
0.50
0.25
0.00
00.20.4
膜間差圧 [MPa]＜RITE-細孔内充填型Pd膜の特徴＞
・高水素選択性・Pd使用量1/3で従来のH2透過率のおよそ1.5倍・さらなる薄膜化で超高透過性を実現可能

0.6

0.8

産業化戦略協議会－メーカーとユーザー企業のビジョンの共有化、共同研究の企画・立案を図る－
無機分離膜・支持体メーカー、ユーザー企業等の企業会員が連携し、メーカーとユーザー企業のビジョンの共有化及び共同研究の企画・立案等を推進し、無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の早期の実用化・産業化を目指します。
主な活動内容①無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の実用化・産業化に向けたニーズ・シーズマッチング、ロードマップ策定等のための３つの研究会活動の実施
テーマ

概 要会長

参加会員

ＣＯ２分離

無機膜を用いたＣＯ２分離回収有効利用技術等の早期の実用化を図る

日立造船
白木常務取締役

７社

水素製造

無機膜を用いた石炭ガス化ガス等から 千代田化工建設の水素製造技術の早期実用化を図る 細野参与

６社

無機膜の実用化に必要な共通基盤
共通基盤 （信頼性評価方法の考案、標準化等を含む）の早期の整備を図る

日揮
保田顧問

５社

② 研究会の検討結果に基づく国費事業等の企画・立ち上げ③ 研究部門への研究員派遣の受け入れ、研修会の実施④ 会員からの技術相談受付（技術評価含む）⑤ 公開シンポジウムの開催（年1回）⑥ 会員限定セミナーの開催（３～４回開催）
・アドバイザリーボード等有識者の講演・会員、センター研究部門からの話題提供

無機膜研修会
海外調査活動（南京工業大学）（講義、製膜・評価法の実験等）⑦ 無機膜に関する海外／国内研究機関へのヒアリング調査⑧ 会員向けニーズ・シーズ情報の提供

会員企業：１８社（２０１８．11．１現在）

会長：大阪ガス 久德顧問
分離膜・支持体メーカー

京セラ、住友電工、日立造船

公開シンポジウム

会員限定セミナー

ユーザー企業

旭化成、AGC、岩谷産業、大阪ガス、川崎重工業、神戸製鋼所、ＪＦＥスチール、住友化学、
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、三菱商事
お問合せ先（公財）地球環境産業技術研究機構 無機膜研究センター 山口、中野
ＴＥＬ： （0774）95-5096 e-mail: mukimaku@rite.or.jp