化学吸収液－CO2削減技術の早期実現を目指して－
化学吸収液プロセスは、低コストCO2分離回収・貯留（CCS）技術の早期実現に欠かせない有望な技術であり、最も実用化に近いCO2分離回収技術です。RITEは、さまざまな大規模CO2発生源に対して低エネルギー・低コストの新規の化学吸収液を開発するため、分子レベルの材料設計・評価からプラント試験による実用化検討まで総合的に取り組んでいます。

分離・回収エネルギーを大幅に低減する高性能吸収液の開発
化学吸収法は、火力発電プロセスにおける焼後排ガスや製鉄プロセスにおける高炉ガスなど比較的低CO2分圧のガスを対象に、大規模CO2回収が可能なガス分離技術です。これまでの研究開発により、標準的なMEA（モノエタノールアミン）30wt%水溶液に比べて、分離・回収エネルギーを大幅に低減する高性能吸収液の開発に成功し、化学吸収液によるCO2の分離・回収エネルギーで2.0 GJ/t-CO2を達成しました。
現在も、更なる高性能吸収液の開発、およびCO2分離回収・貯留（CCS）コストの削減に向け、革新的技術の研究・開発に取り組んでいます。
化学吸収法

アミンチャレンジ~ 4.0

分離回収エネルギー[GJ/t-CO2]

~ 2.5

放散塔

吸収塔

(標準的吸収液, MEA30wt%)(COCSプロジェクト開発液)~ 2.0 （世界トップレベル）(COURSE50Step1開発液)

4.0“革新的技術”“官能基の影響”3.0

アミノ基: N-

ﾘﾎﾞｲﾗｰ

Electron donor - Bond with CO2
Proton accepter

Novel solvent concepts
and processes

2.0

アルキル基: Rn-

Control of carbamate formation

水酸基: OH-

1.0

Increase in solubility to water
present

COCSプロジェクト (2004FY – 2008FY): 経済産業省補助事業

2020

2030

理論的限界に向けて
2050

環境調和型製鉄プロセス技術開発事業（COURSE 50）
化学研究グループ吸収液分野では、COURSE50プロジェクトStep1（2008～2012年度）に参加し、CO2分離回収・貯留（CCS）コストの削減に向けた高性能な新規化学吸収液の開発を行いました。 COURSE50で新日鐵住金株式会社と共同開発した化学吸収液は、新日鉄住金エンジニアリング株式会社の省エネ型二酸化炭素回収設備ESCAP®に採用され、既に商業化1号機が稼働しています。また2号機も2018年に運用が開始されます。引き続き、2013年度からCOURSE50プロジェクトStep2（2013~2017年度）に参加し、CCSにおけるCO2分離・回収コストを一層低減する革新的な高性能化学吸収液の開発に取り組んでいます。
新規高性能吸収液の開発

About 10% increase

実高炉ガスを用いたプラント試験装置**
対象ガス：
製鉄所からの実高炉ガス

CO2回収容量*
[%]

COCS
開発液

Solvent 1

Solvent 2* CO2回収容量はCOCS開発液を100%とした相対値

CAT-1CAT-30

1 ton-CO2/day

30 ton-CO2/day**実高炉ガスを用いるプラント試験による連続試験評価実施は
新日鉄住金エンジニアリング（株）

COURSE50: 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託研究開発プロジェクト

新規吸収液の性能（STEP1)CO2固体吸収材－CCS技術の省エネルギー化を目指して－
RITEでは、これまでに蓄積してきた化学吸収法等のCO2分離回収技術をベースにCO2高効率回収・低エネルギー消費型の固体吸収材開発を実施しています。CCSコストに占める割合の大きいCO2分離回収コストの低減は、地球温暖化に関与するCO2排出量の大幅削減に貢献し、我が国が目指している低炭素社会の構築に大いに役立ちます。

CO2分離回収エネルギー[GJ/t‐CO2]

固体吸収材の材料開発

アミン （吸収剤）+多孔質支持体

固体吸収材

5：蒸発潜熱：顕熱：反応熱

43210MEA液

ラボスケールCO2分離回収試験(~3 kg‐CO2/day)

固体吸収材のCO2吸収特性

計算化学を活用した低温再生アミンの探索
CO2吸収・脱離量[mol/kg]

高脱離性
新規合成
脱離性能

固体吸収材
（目標）

RITE液

固体吸収材は、CO2吸収剤であるアミンを多孔質支持体に担持した固体であり、アミン吸収液と類似のCO2吸収特性を有しながら吸収液顕熱や蒸発潜熱の大幅低減が期待できます。
RITEでは、経済産業省から委託された先進的二酸化炭素固体吸収材実用化研究開発
事業においてCO2分離回収エネルギーの大幅な低減を目指して、川崎重工業株式会社（KHI）とともに研究開発を進めています。

：計算予測
：実測
不安定
カルバメート安定性
1 2‐
1 2+2 ⇔ R R NCOO + R R NH2

5：吸収 (40°C)：脱離 (40°C, 減圧)

432

RITE固体吸収材

10
市販アミン

2 R1R2NH + CO

新規合成アミン

RITEは、計算化学を活用して、新規なアミン吸収剤を探索し、低温再生可能なCO2高効率回収型の固体吸収材を作製することに成功しました。ラボスケールのCO2分離回収試験装置を用いてプロセス性能評価を実施し、操作条件の最適化を行った結果、石炭火力発電所の排ガス程度（11~12%CO2）の湿潤CO2ガスに対する世界トップレベルの分離回収性能（回収純度>98%、回収率>93%、回収エネルギー<1.5GJ/t‐CO2）を実証しました。また、本材料は有人閉鎖空間用などの再生型CO2吸着剤としての用途展開も検討しています。

発電システムレベルのプロセス性能評価
発電システムレベルのシミュレーション

燃焼排ガス

集塵 脱硫
吸収液

蒸気タービン

CO2分離
回収

CO2以外
CO2

固体吸収材

（回収条件： 90%CO2回収）12

発電効率の低下[%pt.]

石炭ボイラー

今後の研究開発

抽気蒸気温度
60C
120C
130C
130C(従来)

108（熱の高効率利用）（低温再生）

今年度、RITE開発の固体吸収材をKHIの移動層システムと組合わせたベンチスケールCO2 分離回収試験（~5t‐CO2/day）を実施します。
その結果に基づき、システムのスケールアップ検討を実施予定です。
基盤技術研究フェーズ

実用化研究フェーズ(先進的二酸化炭素固体吸収材実用化研究開発事業）

実証・商用化フェーズ

62010~2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020~
大規模CCS

4

石炭火力プラント＋制度的仕組みの導入

201

234CO2分離回収エネルギー [GJ/t‐CO2]

発電システムレベルでのプロセスシミュレータを構築し、CO2分離回収技術が発電効率に与える影響を評価しています。低温で再生する固体吸収材（1.5 GJ/t‐CO2）は、高性能吸収液（2.5 GJ/t‐CO2）と比較して、発電効率の低下を約2%軽減できると推算されています。

ラボ試験(~3kg/day)

ベンチ試験(~5t/day)

燃焼排ガス実ガス試験(数十t/day)

石炭ボイラ
排ガスへ適用(3000t/day)

固体吸収材開発のR&Dロードマップ（本資料は経済産業省からの委託事業の成果をもとに作成しています。）

CO2分離膜－高圧ガスからの経済的なCO2分離・回収を目指して－
石炭ガス化複合発電（IGCC）等の高圧ガスに対し、省エネルギー・低コストでCO2分離・回収を可能にする膜分離技術が期待されています。このためには、高いCO2分離・透過性能を有する膜素材、及び、分離膜モジュールの開発が重要です。RITEを含む次世代型膜モジュール技術研究組合では、CO2分離・回収コストを大幅に低減しうる革新的な技術として、世界トップレベルの分離性能を有する分子ゲート機能
CO2分離膜モジュールシステムの開発に取り組んでいます。

石炭ガス化複合発電（IGCC）からのCO2分離・回収 経済産業省から委託された二酸化炭素分離膜モジュール研究開発事業 （H23FY～H26FY）、二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発事業（H27FY～ ）において、IGCCの水性ガスシフト反応後の高圧ガスからCO2を分離・回収するための膜モジュールシステムの開発を進めています。

分離膜を用いた石炭ガス化複合発電（IGCC）からのCO2分離回収

分子ゲート膜の概念図
CO2

N2、H2etc.

供給側

H2, N2

H
N R
HH
O
H
H
R N C O
N R
HH

圧力

CO2

低透過側

膜材料の開発CO2
H O
R N C O

高CO2

HCO3

R NH2

H2N R

H O
R N C O

H
N R
HH

CO2

膜モジュール、システムの開発

PVA系分子ゲート膜
H2N

NHHN

H2NOO
NNOO

N
H
NH

CO2分離膜NH2

分離機能層

CO2分離膜（単膜）外観5cm

NH2膜断面図

Dendrimer (example)+HOOH

OH

ROTi

ORHO

PVAOH

HO

Crosslinker
Dendrimer

PVA + crosslinker

スパイラル分離膜モジュール外観（左2インチ、右4インチ）

CO2分離膜実用化に向けたロードマップ

分離係数

透過速度

分子ゲート膜の分離性能
大気圧~2.4MPaにて、CO2透過試験を実施

CO2分離膜モジュール

目標： CO2回収コスト1,500円/t-CO2以下
成果： 模擬ガス、ラボレベルで目標性能を達成*Operating conditions: Temp: 85℃, Feed gas: 0.7～2.4MPaA； Permeate gas: Atmosphericpressure (Ar sweep gas). He gas was used as alternative gas to H2, for safety issue.

（本資料は経済産業省からの委託事業の成果をもとに作成しています。）