革新的環境技術シンポジウム２０１６

無機膜研究センターが目指すもの
平成２８年１２月７日

無機膜研究センター長 中尾 真一
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無機膜研究センターの目的
無機膜の現状日本の研究開発は世界を大きくリードしているが、産業化はほとんど進んでいない【目的】 日本の英知を結集し、①無機膜の研究開発を推進し、革新的環境・エネルギー技術を実用化する②産学が連携して、日本に無機膜の産業を確立するための道筋を提示する③メーカー、ユーザー企業と連携して国費事業等を受託する他、民間企業との共同研究／委託研究の受け皿となる④各種無機膜の第一人者から中堅・若手研究員への技術伝承を行なう

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無機膜研究センターの体制

２０１６年４月設置

連携
ファインセラミックスセンター

材料技術研究所

３無機膜研究センターを中心とする推進体制
アドバイザリーボード
伊藤 直次 宇都宮大学大学院工学研究科 教授 （メンブレンリアクター）
上宮 成之 岐阜大学工学部 教授 （パラジウム膜）
都留 稔了 広島大学大学院工学研究科 教授 （シリカ膜）
原谷 賢治 ㈱膜工学研究所 技術顧問 （膜プロセス設計）松方 正彦 早稲田大学先進理工学部 教授 （ゼオライト膜）
江口 浩一 京都大学大学院工学研究科 教授（燃料電池、触媒）岡崎 健
東京工業大学科学技術創成研究院 特命教授（水素）海外主要研究機関

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 西田 亮一
主席研究員 喜多 英敏

産業連携部門
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
・その他

産業化戦略協議会
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ＲＩＴＥが保有する無機系分離膜
膜

構造
O

ＣＶＤシリカ

Si

主な用途

O

Si

Si

O

O

Si

O

Si

非晶質 ｻﾌﾞﾅﾉ細孔製法

・ＭＣＨ脱水素・天然ガス改質

対向拡散ＣＶＤ法

・水性ガスシフト特長
構造設計の自由度が高い（用途に応じた最適設計）

・ＣＯ２／ＣＨ４分離
・ＭＣＨ脱水素

ゼオライト
結晶 規則細孔
ピュアシリカＣＨＡ等

・蒸留代替・天然ガス改質
細孔内充填型

高度な熱的・化学的安定性（炭化水素、有機溶媒）

・ＮＨ３脱水素

パラジウム

水熱合成法

ＲＩＴＥ独自の無電解メッキ法

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）

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研究部門における研究分野
３つの柱① 水素分離・精製
ＭＣＨなど有機ハイドライド、アンモニアの脱水素、ＣＨ４等改質② ＣＯ２／ＣＨ４分離
天然ガス井戸元、バイオガス精製など③ 炭化水素など有機化合物の分離
Polar/Non-polar, Aromatic/Aliphatic, Aromatic/Alicylic, Isomers

産業連携部門（産業化戦略協議会）の検討に対応して、現行テーマに加え新規テーマの立ち上げを順次図る
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エネルギーキャリア

ＣＶＤシリカ膜海 外

国 内
MCH，NH3水素化反応
CH3トルエン（既存技術）

CH3脱水素プラント+ 3H2トルエン

窒素

回収トルエン

オンサイト用
小型脱水素装置

N2 + 3H2

MCH

脱水素反応

2NH3MCH，NH3水素

CH3CH3+ 3H2MCH

2NH3油田の随伴ガス、褐炭等の化石燃料

CCS水素ステーション（新規開発が必要）

トルエン

N2 + 3H2

定置用燃料電池

水素パイプライン
再生可能エネルギー

水素発電所

水素コミュニティなど

水素社会構築を可能とする「エネルギー輸送」技術
効率的な水素分離・精製技術の開発が不可欠
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ＭＣＨからの高純度水素製造

ＣＶＤシリカ膜従来法（脱水素反応＋ＰＳＡなど）
課題： 大容積、低効率、高コスト

メンブレンリアクター(膜反応器)
MCH

MCH

H2H2H2MCH

TOL

TOL
H2H2H2

高純度H2TOL

脱水素触媒
水素分離用シリカ膜

従来法（脱水素反応＋ＰＳＡなど）より、装置のコンパクト化、反応温度の低温化、低コスト化が期待できる。

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ＣＶＤシリカ膜

ＣＶＤシリカ膜を用いたＭＣＨ脱水素

ＮＥＤＯ水素利用等先導研究開発事業（Ｈ２５～２９）平衡シフト効果

商業施設／オフィスビル／水素ステーション
等中小規模の需要家に適したＭＣＨ脱水素装置への展開を目標として開発中
触媒充填構造を改善

反応温度の低減を確認（約310→280℃＠転化率90%）

ＣＶＤシリカ膜の場合、保護膜等なしで、熱供給に有利な外側触媒の構成が可能

水素分離性能向上により、さらなる低温化などが可能
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ＣＶＤシリカ膜

小型メンブレンリアクター試験装置
昨年１１月より、小型試験装置でエンジニアリングデータ収集中

平衡シフト効果を確認
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ゼオライト膜ＣＨＡ型ピュアシリカゼオライト研究の背景

CHA型ゼオライト
・8員環細孔 (0.38 nm，3次元構造)
0.38

・対象分子サイズ
CO2 : 0.33 nm
CH4 : 0.38 nm

0.38

SSZ-13（CHA型アルミノシリケート）O
O

Si

CO2CH4Si-CHA（CHA型ピュアシリカ）

O
Na+O

Al-特徴OO〇 交換カチオンあり⇒ 極性分子との高い親和性（CO2選択性 ◎）OO● 耐水蒸気性 ×
使用条件
低温，前段での水の除去が必要

OSiOOSiO特徴O
O〇 交換カチオンなし⇒ 高い細孔容積（ガス拡散性 ◎）装置のコンパクト化に寄与〇 耐水蒸気性 ◎使用条件
幅広い温度域かつ加湿条件

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ゼオライト膜

Ｓｉ－ＣＨＡ膜の透過特性

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ゼオライト膜

ＲＩＴＥゼオライト膜：CO2 - CH4分離性能

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Ｐｄ膜

細孔内充填型パラジウム膜●支持体の内部に形成（従来は支持体の表面）⇒・耐久性向上の可能性
・Ｐｄ使用量は表面型の３分の１

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Ｐｄ膜

Ｐｄ膜の外観像および断面像比較

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Ｐｄ膜

細孔内充填型Ｐｄ膜の水素透過性

RITE-細孔内充填型Pd膜
・高水素選択性(H2/N2 = ∞)・Ｐｄ使用量1/3で従来型Pd膜と同等の性能
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産業化戦略協議会（４月１５日設立）【目的】
メーカー、ユーザー企業等の企業会員から構成し、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、革新的環境・エネルギー技術に資する無機膜産業を確立する
分離膜・支持体メーカー
日本特殊陶業、京セラ、日立造船、住友電工
ユーザー企業
旭化成、旭硝子、岩谷産業、大阪ガス、川崎重工業、神戸製鋼所、ＪＦＥスチール、千代田化工建設、ＤＩＣ、東京ガス、日揮、日本ゼオン
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産業化戦略協議会活動計画
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研究会
参加希望メンバーで、半年間にわたりニーズとシーズの観点から協議して次の３つのテーマ別研究会の設置を決定、活動を開始。
「ＣＯ２分離」、「水素製造」、「共通基盤（信頼性評価等）」

２） 国費事業等の企画・立ち上げ
３） 研究部門への研究員派遣 （有償／無償）の受け入れ
４） 会員からの技術相談受付（技術評価含む）
５） 会員限定セミナー（無料）の開催
６） 会員向けニーズ・シーズ情報の提供
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無機膜研究センターが目指すもの● 無機膜を用いた環境・エネルギー技術の研究開発● 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

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！

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謝 辞

紹介した研究の一部は、ＮＥＤＯ「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」およびＳＩＰ「エネルギーキャリア」によって、実施されました。
関係各位に感謝いたします。

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