研究テーマ

CCUプロセスに関する研究開発ーDFM(メタン、合成ガス、ハイドロカーボン等）技術

カーボンニュートラル社会を実現するためには、産業分野からの排ガスや大気中のCO₂を回収し、これを燃料や化学品に変換して有効利用できるプロセスの開発が重要です。本研究では、CO₂を選択的に吸収する機能と、吸収したCO₂を変換する機能を併せ持つ二元機能触媒を用いた、統合型のCO₂回収・変換プロセスに関する技術開発を行っています。この技術ではエネルギー消費やコスト負荷の高い従来のCO₂分離・濃縮工程が不要であり、排ガスや大気中のCO₂を直接変換できるという特長があります。

CCUプロセスに関する研究開発ーメタネーション技術

低炭素社会実現に向けたCO₂排出削減技術および再生可能エネルギー由来の利用技術として、CO₂と水素ガスから固体触媒を用いてメタンを生成する技術であるCO₂メタネーションプロセスの高効率化に関する技術開発を行っています。本研究では、CO₂メタネーションプロセスの高効率化および長期安定運転に向けて、反応器内の温度上昇や原料ガス中の微量不純物（H2SやBTXなど）が触媒劣化および反応効率に与える影響について、詳細解析と最適な反応条件を手庵することを目的としています。

合成ガスからの液体燃料製造に係る触媒技術

合成ガスは一酸化炭素と水素の混合ガスである。二酸化炭素と水素の触媒反応や、二酸化炭素と水蒸気の共電解や、木質バイオマスのガス化などにより合成ガスが製造される。本研究は触媒反応により合成ガスを液体燃料（ガソリン、軽油、ジェット燃料）や、メタノールをメインとしたアルコールや、ジメチルエーテルなどに変換する、新規高性能な固体触媒の開発を行うとともに、実用化向けのプロセスの設計を行う。こうして、合成ガスを効率的に再資源化することにより、循環型社会の実現に寄与する。また、多様な資源を転換する技術を確立し、国内生産でエネルギーセキュリティに貢献する。

バイオエタノール有効利用技術

バイオマスの有効利用は二酸化炭素排出削減及び地球温暖化防止につながる。バイオエタノールを有用な化学品や炭化水素系燃料への変換はカーボンニュートラルの実現に寄与する。本研究は固体触媒反応によりバイオエタノールをエチレン及びC4以上の高級オレフィンや、芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン）などに変換する。新規高性能な触媒を開発するとともに、実用化向けの新規反応プロセスの設計を行う。こうして、バイオエタノールを効率的に再資源化することにより、循環型社会の実現に貢献する。また、多様な資源を転換する技術を確立し、国内生産でエネルギーセキュリティに貢献する

メタン分解によるCO₂フリー水素製造技術

家畜の糞尿等の発酵によって得られるバイオガスはメタンやCO₂を含有している。メタンの熱分解による水素とカーボンの製造は古くから研究されており、安価かつ無害な鉄を含有する触媒が有効である。本テーマでは、実用化や経済性を考慮し、酸化鉄触媒のバイオメタンへの適応と、水素による予備還元を省略した反応を試みた。水素はクリーンなエネルギー源として知られる一方、生成した鉄含有カーボンは、コンクリートやプラスチックの強化剤や電磁波吸収剤、吸着剤、土地改良剤などへの応用が期待される。

流動層を用いたガス化・燃焼・触媒反応制御技術

石炭やバイオマスといった固体資源の高音反応（燃焼、ガス化）あるいは触媒を用いた水素、CO₂合成ガスの利用・変換反応の高度化はエネルギー利用効率やエネルギー資源の多様化の促進において必要な技術オプションです。流動層技術は固体粒子（固体資源や固体触媒）と反応ガスを連続的に接触させることができ、内部の撹拌が両国に進むので、反応条件の制御も用意となります。これまで流動層を用いた様々な固気接触反応に取り組んでおり、今後も重要な反応操作の一つとして、その可能性を模索していきます。

COMSOL等を用いた触媒層内流動・反応解析

低炭素社会実現に向けて、触媒反応によってCO₂を有用化合物へと変換する技術の開発を進めています。CO₂水素化反応の多くは発熱反応であり、効率的な反応を進行させるためには触媒反応器内の生成物分布や温度分布の詳細理解が重要です。触媒反応・流体・電熱に関する連成解析を行うことで触媒層内の反応挙動を把握し、最適な触媒活性や触媒配置の提案を進めています。

高度吸湿材を用いた排熱回収・利用技術

産総研で開発された無機系吸着剤「ハスクレイ」を利用した排熱回収・利用技術を開発中です。ハスクレイの特徴は、幅広い相対温度域で高い吸湿量をほこる無機系材料であり、比較的低温においても脱着が容易に行え、吸着・脱着の繰り返し利用ができるというものです。低温排熱を利用してハスクレイを脱着させ、それに湿潤空気を流すことで吸着熱を利用するシステムや、乾燥空気を作れることから農産物の乾燥への応用を検討しています。