革新的環境技術シンポジウム2015低炭素社会を目指す化学研究グループの取り組み(公財)地球環境産業技術研究機構(RITE)化学研究グループ中尾真一
新規開発分野2
2015年環境エネルギー技術革新計画の中長期課題に位置付けられている二酸化炭素分離・回収技術及びグリーンプロセス技術（水素分離膜）
【 NEDO委託事業】 H25FY～ •化学吸収法COURSE50 (高炉ガスからのCO,分離・回収) 【 METI直轄委託事業】 H27FY～ •固体吸収法先進的二酸化炭素固体吸収材実用化研究開発事業(石炭火力発電からのCO,分離・回収) H27FY～ •膜分離技術二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発事業(IGCCガスからのCO,分離・回収)
【グリーンプロセス技術】 H25FY～ •水素利用等先導研究開発事業:未来開拓(NEDO) 【低CO,排出プロセスシステム】 •エネルギー•環境新技術先導プログラム:提案予定(NEDO) •化学産業における革新的膜技術の開発抜本的省エネルギーを図る蒸留代替プロセスの開発日次1. CO₂分離･回収技術2.水素分離膜技術日次1. CO₂分離・回収技術2.水素分離膜技術7
発生源の規模・CO,ガス圧により最適な回収技術の開発事業用発電鉄鋼(非鉄等含む)窯業･土石等化学(製品含む)
な8 1. CO₂分離･回収技術高性能化学吸収液の開発(1)高性能固体吸収材の開発(2) (3)次世代型分離膜モジュールの開発
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◎ NEDO委託事業として日本鉄鋼連盟が受託している「環境調和型製鉄プロセス技術開発」第1段階第2ステップ(COURSE50 Phase1 Step2)を実施中⇒ Step1に引き続き、新日鐵住金株式会社殿との共同実施(平成25年7月～平成29年度) [目標]高炉ガスからのCO,分離・回収コスト2,000円/t-CO,以下を確実なものとする新規高性能吸収液の開発[高性能吸収液の開発目標] ◎分離･回収エネルギーの更なる低減◎再生温度の一層の低減© CAT-LAB及びCAT-1による性能評価1. CO₂分離･回収技術(1)高性能化学吸収液の開発高性能固体吸収材の開発(2) (3)次世代型分離膜モジュールの開発
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新規固体吸収材の開発■ :吸収□ :脱離(減圧)
プロセス•操作条件の最適化RITE固体吸収材のCO,回収性能▶脱着工程でスチームを供給するSA-VSA (Steam-aided vacuum swing adsorption)プロセスの適用により、回収率が飛躍的に向上。 ▶回収純度>98%、回収率>93%の回収性能で模擬ガス(12%CO,)からCO,を分離可能。 ►3か月超の試験において顕著な性能低下は確認されなかった。 → RITE固体吸収材が優れたCO,分離･回収性能を有することを実証。
“石炭火力発電所からの二酸化炭素分離回収”基盤技術研究フェーズ実用化研究
(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(補助事業) 1. CO₂分離･回収技術(1)高性能化学吸収液の開発(2)高性能固体吸収材の開発(3)次世代型分離膜モジュールの開発
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PVA . Crosslinker CO₂分子ゲート膜o Dendrimer
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分子ゲート膜の分離性能大気圧~2.4MPaにて、CO₂透過試験を実施目標: CO₂回収コスト1,500円/t-CO₂以下模擬ガス、ラボレベルで目標性能を達成
前提条件: CO,回収量100万t/Year (63,000m³N/h), CO,濃度>95vol%, CO,回収率>90%操作条件:温度85℃、組成CO₂36.3vol%(dry)、H₂63.7vol%(dry)、H₂O(計算条件によって設定)非透過側圧力2.4MPa、透過側圧力大気圧付近
CO,分離コスト 1,500円/t-CO,を達成
基盤技術研究実用化研究フェーズ 実証フェーズ商用化フェーズ2011
研究・開発体制次世代型膜モジュール技術研究組合[ ㈱クラレ、日東電工㈱、新日鉄住金エンジニアリング㈱、RITE ］ + IGCC関係企業との連携(電力会社、エンジニアリング会社等) 2) CO,分離膜モジュール実用化研究開発事業(H27FY～) (計画・課題)実ガス等の実用化試験による技術課題の抽出、解決実用化段階の分離・回収コスト1,500円/t- CO,以下の達成実機膜モジュールシステムの開発実証フェーズ・商用化フェーズにおける課題″ IGCC実ガス、実機での長期試験、大規模な実証試験による実績の蓄積″ 膜、モジュールの商業生産プロセスの検討、膜大面積化、量産体制の構築" CO,分離膜プロセス採用に向けた活動22日次1. CO₂分離･回収技術2.水素分離膜技術
水素エネルギー社会実現を可能とする「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
メンブレンリアクター（MR）水素分離膜（CVDシリカ膜）水素を選択的に分離することにより、脱水素反応が促進される競合技術(PSAなど)と比較して、コンパクト化が可能⇒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脱水素装置へ展開
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触媒充填構造を改善保護膜等なしで熱供給に有利な外側触媒の構成を採用することが可能であることを見出した平衡シフト効果を確認Y-CH3  + 3H2       ΔH = 205.0 [kJ/mol]反応温度の低減を確認(約310→280℃@転化率90%)水素分離性能向上により、さらなる低温化やプロセス改善（さらなる低コスト化）が可能27
●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
Technology for the Earth細孔内充填型Pd膜SEM—EDX像
1.化学吸収法•熱移送の効率化と併せ1.6 GJ/t-CO,の達成と共に、目標である分離回収コスト2000円以下/t-CO,達成の目途を得た。 ・今後は、液組成の最適化と最適プロセスの提案を行う。 2.固体吸収法•低温(減圧)脱離性能に優れた固体吸収材を用いたラボスケール連続回収試験を実施し、再生エネルギー 1.5GJ/t-CO,を達成•今後は、民間企業との連携によるスケールアップ、実ガス試験を行う。
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3. CO,分離膜•分子ゲート膜モジュールの基本技術を確立•今後は、実ガス試験による膜モジュール性能、プロセス適合性等に関する技術課題の抽出と解決を行う。 4.水素分離膜・CVDシリカ膜MRを用いたMCH脱水素装置を開発中。 7本のMRモジュール試験装置を開発し、運転研究開始。 •耐久性向上と低コスト化を両立できる可能性を有する細孔内充填型パラジウム膜を開発中。
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無機膜(シリカ膜、ゼオライト膜、パラジウム膜など)を活用した革新的な地球環境保全技術の研究開発、および無機膜の産業化などを推進する組織として、RITE内に「無機膜研究センター」を創設する。（平成28年4月予定） 【目的】日本の英知を結集したドリームチームで、 ①無機膜の研究開発を推進し、水素社会構築など地球環境の保全に貢献する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示す③国費事業を受託する他、民間企業との共同研究／委託研究の受け血となって産業界からの「無機膜」に対する期待・ニーズに的確に応える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【主な実施内容】 ①メーカーとユーザ企業が共同で、実用化・産業化に向けたロードマップを策定②メーカー、ユーザ企業、RITEが共同で国費事業立ち上げ、共同研究推進③無機膜研究第一人者からの科学的支援（技術伝承）の推進
海外機関とも連携しつつ、オールジャパンでオープンイノベーションを推進謝辞:本研究開発は、METI委託事業ならびにNEDO委託事業の実施しました。外部署を地方についResearch Institute . Of Innovative Technology for the Barth