パテントマップから見た特許情報分析・弁理士分析・書籍、特許関連セミナー【パテントテック社】

★二酸化炭素の削減や炭素資源の循環的な利活用に貢献できると期待される二酸化炭素の化学的変換・化学的利用!
★二酸化炭素の回収技術から有効利用について,基礎から応用までバランスよく解説した一冊!
★「実用化」「社会実装」が実現している,あるいはその一歩手前まで来ている事例を豊富に紹介!

■刊行にあたって

　地球温暖化との関連から,“二酸化炭素”を減らそう!,使おう!,何とかしよう!などと盛んに言われるようになってから,すでにかなりの年月が過ぎた。気がつけばマイル・ストーンの一つである「2030 年」が目の前に迫っている。そのような社会情勢・時代背景の関連からだろう,社会人向けセミナーの講師や専門書籍の執筆などのご依頼が絶えることなく続いている。もちろん,二酸化炭素の有効利用,特に化学変換を伴う炭素資源としての利活用,について解説せよとの命を受けてのことである。
　本稿を書いている時点(12 月4 日)では,国連気候変動枠組み条約 第28 回締約国会議(COP28)がまさに開催の真っ只中にある(12 月12 日閉会予定)。当会議での岸田文雄首相のスピーチによれば,日本(日本政府)は、「徹底した省エネと、再エネの主力電源化、原子力の活用等を通じたクリーンエネルギーの最大限の導入を図ります。」を行動目標に掲げている。不名誉にも4 回連続で化石賞を受賞した我が国にとって,常にやり玉に挙げられる火力発電からの早期脱却をめざそうとする意図は明白である。
　しかし,エネルギー周辺の対策だけでは「二酸化炭素をこれ以上は増やさない」ためのものに留まるに過ぎず,残念ながら「今ある二酸化炭素を減らす」ための実効的な対策とは言い難い。やはり,二酸化炭素を減らす対策・技術の加速・強化には,さらには,現代の社会や生活の基盤に欠かせない有用有機化合物(有機機能性材料,医薬・合成農薬など)を製造するに必要な炭素資源の将来的な確保の観点から,大目的「二酸化炭素を化石資源に代わる直接的な炭素原料として有用な化合物を合成する」を掲げることは必須だろう。二酸化炭素の化学的変換・化学的利用は,二酸化炭素の削減にも,炭素資源の循環的な利活用にも,双方に大きく貢献できると期待されるからである。
　今般,シーエムシー社の井口様より本書の監修をご依頼された。思い返せば,二酸化炭素の利用についての解説を初めて執筆したのは,『CO2 固定化・隔離の最新技術』(2000 年,シーエムシー)だったので,“一周まわって元のところに戻ってきた”格好である。これもひとえに,ありがたいご縁が繋がったものと受け止め,一も二もなくお引き受けした次第である。
　監修・編集にあたり,他の書籍との差別化を図る意味でも,可能な限り「実用化」「社会実装」が実現している,あるいはその一歩手前まで来ている事例を実際に手がけていらっしゃる事業者さんにお願いしようと企んだ。近年の学術的な技術開発も採録したので,全体としては基礎から応用までバランスのよい仕上がりになったのではないかと自負している。偉そうな物言いになったが,すべては井口様をはじめとする編集に携わったみなさまとご執筆者のご尽力の賜物であることに間違いない。本書が,読者のみなさまにとって,今ある技術の洗練化や今はまだない新技術を創出のきっかけ・ヒントになれば幸いである。

東京理科大学
杉本　裕

■著者一覧

杉本　裕　　東京理科大学　
大石克嘉　　中央大学　
井上瑞基　　(国研)物質・材料研究機構　
Ismail Edhuan (国研)物質・材料研究機構　　　
一ノ瀬　泉　(国研)物質・材料研究機構　　　　
高村光栄　　ユニバーサル マテリアルズ インキュベーター㈱　
平井裕士　　ユニバーサル マテリアルズ インキュベーター㈱　
下山裕介　　東京工業大学　
片岡大志　　東京工業大学　
梅木辰也　　佐賀大学　
稲垣冬彦　　神戸学院大学　
村上　遼　　神戸学院大学　
谷口育雄　　京都工芸繊維大学　
田中一宏　　山口大学　
中野健央　　信州大学　
藤川茂紀　　九州大学　
鈴木智幸　　京都工芸繊維大学　
齋藤結大　　北海道大学　
野呂真一郎　北海道大学　
武脇隆彦　　三菱ケミカル㈱　
金子雅之　　エア・ウォーター㈱　
茂木康弘　　JFEスチール㈱　
紫垣伸行　　JFEスチール㈱　
原田英文　　三菱ガス化学㈱　
成相健太郎　㈱IHI　
鎌田博之　　㈱IHI　
遠藤　巧　　㈱IHI　
取違　剛　　鹿島建設㈱　
菅沼　剛　　アサヒ飲料㈱　
本田正義　　東京理科大学　
富永健一　　(国研)産業技術総合研究所　
本倉　健　　横浜国立大学　
冨重圭一　　東北大学　　
藪下瑞帆　　東北大学　
藤井亮太郎　東北大学　　
落合文吾　　山形大学　
榧木啓人　　東京工業大学　
福田佳之　　㈱東レ経営研究所　　　　
姫田雄一郎　(国研)産業技術総合研究所　
鄭　知恩　　名古屋大学　
斎藤　進　　名古屋大学　
松澤幸一　　横浜国立大学　
小玉　聡　　東京工業大学　
佐伯順子　　(一社)産業環境管理協会



第1章　CO2吸収・吸着材料
1　リチウム複合酸化物系CO2吸収材の開発とその応用
　1.1　近年のCO2吸収材を取り巻く環境
　1.2　CO2吸収材に関する簡単な分類
　1.3　化学反応を利用したCO2吸収材(液体型から固体型へ)
　1.4　Li系複合酸化物CO2吸収材の欠点
　1.5　Li複合酸化物系CO2吸収材を常温で使用するための自己発熱機能
　1.6　自己発熱機能を持つCO2吸収コンポジットのCO2吸収能をさらに増大させる
　1.7　自己発熱型CO2吸収コンポジットの応用分野
2　エラストマー系CO2吸収材
　2.1　はじめに
　2.2　エラストマー系CO2吸収材
　2.3　PDMSラバーのCO2吸収挙動
　2.4　CO2回収プラント
　2.5　CO2回収システムの事業化
　2.6　おわりに
3　相分離型ゲルに対するCO2吸収における物質移動
　3.1　はじめに
　3.2　相分離吸収液
　3.3　相分離吸収ゲルにおける物質移動
　3.4　二酸化炭素の物質移動解析
　3.5　おわりに
4　イオン液体や深共晶溶媒を用いたCO2化学吸収液
　4.1　はじめに
　4.2　イオン液体によるCO2化学吸収
　4.3　深共晶溶媒によるCO2化学吸収
　4.4　おわりに
5　水分を分離するCO2吸収/放出剤の開発
　5.1　はじめに
　5.2　大気中CO2の選択的回収
　5.3　水中でのCO2選択的回収
　5.4　逆親媒性型自己組織化
　5.5　おわりに

第2章　CO2分離膜材料
1　CO2分離膜を中心としたCO2回収・有効利用の現状と可能性
　1.1　CCSとCO2分離回収技術
　1.2　高分子膜によるCO2分離回収
　1.3　高分子膜の実用化への課題
　1.4　膜分離によるCO2分離回収の可能性
2　高分子CO2分離膜の技術動向
　2.1　はじめに
　2.2　高分子ガス分離膜の基礎
　　2.2.1　高分子膜のガス透過分離性能の評価
　　2.2.2　高分子膜のガス透過
　　2.2.3　高分子分離膜の形態と大面積膜モジュール
　2.3　高分子ガス分離膜の各論
　　2.3.1　従来の高分子膜の性能限界と高分子の設計指針
　　2.3.2　ミクロ多孔質高分子膜
　　2.3.3　MMM
　　2.3.4　PEO系高分子
　　2.3.5　促進輸送膜
　2.4　CO2分離性能の比較
　　2.4.1　CO2/CH4系
　　2.4.2　CO2/N2系
　　2.4.3　CO2/H2系
　2.5　まとめ
3　大気中からの直接的CO2回収を可能とする分離ナノ膜の開発
　3.1　はじめに
　3.2　膜分離の機構
　3.3　分離膜のCO2透過性向上
　　3.3.1　分離膜における気体透過量支配因子
　　3.3.2　透過係数の向上
　　3.3.3　膜厚制御による透過性の向上
　3.4　分離膜のCO2選択性向上
　　3.4.1　m-DACにおけるCO2選択性の重要性
　　3.4.2　分離膜表面へのCO2選択層の塗布
　　3.4.3　化学反応を活用した分離膜表面の分子修飾と,選択性の向上
　3.5　おわりに
4　有機-無機ハイブリッド二酸化炭素分離膜の創製
　4.1　はじめに
　4.2　TR-PBO-シリカハイブリッド膜の作製と気体透過・分離性評価
　　4.2.1　合成および製膜方法
　　4.2.2　気体透過・分離性評価方法
　4.3　TR-PBO-シリカハイブリッド膜のキャラクタリゼーション
　　4.3.1　基礎物性
　　4.3.2　CO2/N2およびCO2/CH4分離性
　4.4　おわりに
5　金属有機構造体(MOF)を用いたCO2分離材料の開発
　5.1　はじめに
　5.2　金属有機構造体(MOF)
　5.3　MOFを用いたCO2の吸着分離
　　5.3.1　相互作用サイトの導入によるCO2吸着
　　5.3.2　相互貫通型MOF
　　5.3.3　耐水性を備えたMOF
　　5.3.4　柔軟なMOFによるCO2吸着
　5.4　実用化に向けた取り組み
　5.5　今後の展望
6　高シリカCHA型ゼオライト膜のCO2分離への応用
　6.1　緒言
　6.2　ゼオライト膜によるCO2分離
　　6.2.1　ゼオライト膜の概要
　　6.2.2　種々のゼオライト膜によるCO2分離
　6.3　高シリカCHA膜(ZEBREXTM)の開発とガス分離特性
　6.4　最近の高シリカCHA膜の研究開発状況
　　6.4.1　表層薄膜化
　　6.4.2　中空糸支持体
　　6.4.3　CO2/N2分離
　6.5　結言

第3章　CO2分離回収・有効利用の実際
1　炭酸ガス製造の現状とCO2分離回収装置の適用事例
　1.1　はじめに
　1.2　炭酸ガスマーケットと用途,製造方法
　　1.2.1　炭酸ガスのマーケット
　　1.2.2　炭酸ガスの用途
　　1.2.3　炭酸ガス用途の拡大
　　1.2.4　炭酸ガスの製造方法
　1.3　CO2分離回収技術
　　1.3.1　アミン吸収法による低濃度CO2排ガスからの炭酸ガス製造
　　1.3.2　ごみ焼却炉排ガス由来CO2回収装置の開発
　　1.3.3　小型CO2回収・ドライアイス製造装置「ReCO2 STATION®」の開発
　　1.3.4　Na-Fe系酸化物を利用した革新的CO2分離回収技術の開発
　1.4　おわりに
2　PSA法による高炉ガスからの炭酸ガス分離技術の開発
　2.1　緒言
　2.2　高炉プロセスとCO2分離回収方法
　2.3　PSA法を高炉ガスからのCO2分離に適用するための課題
　2.4　ベンチプラント試験とスケールアップ検討
　2.5　結言
3　二酸化炭素とアルコールからのカーボネート合成の実用化
　3.1　はじめに
　3.2　ポリカーボネートとは
　3.3　ポリカーボネートの製造方法
　3.4　三菱ガス化学におけるポリカーボネートの歴史
　3.5　三菱ガス化学におけるDPC製造プロセス研究開発の取り組み
　3.6　三菱ガス化学におけるCO2 to DPC製造プロセスの研究
　3.7　CO2を原料としたDPC製造研究
　　3.7.1　2014年10月～2015年9月(東北大,日本製鉄,日鉄エンジニアリング,MGCの4者共同研究)
　　3.7.2　2015年10月～2020年5月の取り組み(日本製鉄,日鉄エンジニアリング,MGCの3者共同研究等)
　　3.7.3　2020/6～2021/3:2020年度「NEDO先導研究プログラム/新技術先導研究プログラム〔エネルギー・環境新技術先導研究プログラム及び新産業創出新技術先導研究プログラム〕」CO2を原料利用した含酸素化合物などを直接合成するカーボンリサイクル技術:プロジェクトコードP14004(東北大,日本製鉄,日鉄エンジニアリング,MGCの4者共同研究)
　　3.7.4　2022年3月～:グリーンイノベーション基金事業への参画
　3.8　最後に
4　炭素循環型社会に向けたCO2水素化による有価炭化水素製造技術
　4.1　はじめに
　4.2　メタネーション技術
　　4.2.1　メタネーション触媒
　　4.2.2　メタネーション反応器・プロセス
　　4.2.3　小型メタネーション装置
　　4.2.4　今後の展開
　4.3　低級オレフィン合成およびSAF向けの炭化水素合成
　4.4　まとめ
5　コンクリート分野におけるCO2削減・有効利用技術とカーボンネガティブコンクリート「CO2-SUICOM」
　5.1　コンクリートにおけるCO2削減・固定技術への着目
　5.2　コンクリートにおけるCO2排出量
　　5.2.1　コンクリートの材料構成
　　5.2.2　コンクリートのCO2排出量
　5.3　コンクリート分野でのカーボンニュートラル達成に向けた日本の動き
　5.4　コンクリートの炭酸化反応とその利用
　　5.4.1　コンクリートの炭酸化反応
　　5.4.2　カーボンネガティブコンクリート CO2-SUICOM
　5.5　今後の展開
　　5.5.1　コンクリートによるCO2固定量の評価
　　5.5.2　炭酸化技術の適用領域拡大
6　CO2を食べる自販機の開発
　6.1　背景
　6.2　CO2を食べる自販機および資源循環概要
　　6.2.1　コンセプト
　　6.2.2　CO2吸収メカニズム
　　6.2.3　CO2吸収材オペレーション
　　6.2.4　CO2資源循環
　6.3　まとめ

第4章　CO2の有効利用
1　CO2の回収・利用への触媒開発と化成品製造,有用物質への変換
　1.1　はじめに
　1.2　CO2を原料とする工業的な化成品製造
　　1.2.1　尿素
　　1.2.2　サリチル酸
　　1.2.3　ポリカーボネート
　　1.2.4　メタノール
　　1.2.5　無機炭酸塩
　1.3　CO2を原料とする研究段階の取り組み
　1.4　おわりに
2　CO2を活用した基礎化学品合成
　2.1　緒言
　2.2　低温メタノール合成
　2.3　エタノール合成
　2.4　アクリル酸合成
　2.5　結言
3　CO2の資源化に寄与する触媒とケイ素系還元剤
　3.1　背景
　3.2　CO2の還元反応に活性を示すフッ化物塩
　3.3　なぜ金属ケイ素を還元剤として用いるのか
　3.4　金属ケイ素を還元剤とするCO2の還元反応
　3.5　触媒反応による金属ケイ素の変化と推定される反応機構
　3.6　結言
4　固体触媒を用いた二酸化炭素とアミンからの尿素誘導体合成
　4.1　はじめに
　4.2　エチレンジアミンと二酸化炭素からの2-イミダゾリジノン合成について
　4.3　二酸化炭素吸収エチレンジアミンからの2-イミダゾリジノン直接合成
　4.4　連続流通固定床反応装置で酸化セリウム触媒を用いた二酸化炭素吸収エチレンジアミンからの2-イミダゾリジノン合成
　4.5　まとめと展望
5　CO2とCS2を用いる高分子材料の開発
　5.1　背景
　5.2　五員環カーボネート構造を持つポリマーの合成
　5.3　ポリヒドロキシウレタンの合成と反応
　5.4　ポリヒドロキシウレタンの応用
　5.5　CS2を用いる高分子の合成
　5.6　まとめ
6　CO2資源化法としてのウレタン合成
　6.1　はじめに
　6.2　CO2を用いる置換反応によるウレタン合成
　6.3　CO2とシリルアミンを用いる付加型ウレタン合成
　6.4　炭素-炭素不飽和結合へのカルバミン酸の付加反応によるウレタン合成
　6.5　CO2とエポキシド・アジリジンを用いるウレタン・ポリウレタン合成
　6.6　まとめ
7　CCUS・カーボンリサイクルの展望:化学品製造を中心に
　7.1　CCUS・カーボンリサイクルの背景
　　7.1.1　背景と全体像
　　7.1.2　内外政策支援
　7.2　二酸化炭素(CO2)から生成される化学品
　7.3　内外企業の化学品製造に向けた取り組み
　7.4　課題
8　複核錯体触媒を用いたCO2水素化による低温メタノール合成
　8.1　緒言
　8.2　従来のメタノール合成触媒
　8.3　分子触媒を用いるCO2水素化によるメタノール合成
　8.4　複核イリジウム触媒による低温メタノール合成
　8.5　まとめ
9　光にも熱にも応答する(PNNP)M錯体触媒を用いるCO2還元反応の開発
　9.1　はじめに
　9.2　光エネルギーを用いるCO2還元反応
　　9.2.1　光エネルギーを用いる錯体触媒反応の問題点と解決法
　　9.2.2　(PNNP)Os錯体触媒と青色,緑色,赤色の光を用いるCO2還元反応
　9.3　熱エネルギーを用いるCO2還元反応
　　9.3.1　熱エネルギーを用いる錯体触媒反応の問題点と解決法
　　9.3.2　(PNNP)Ir錯体触媒を用いるCO2還元反応に基づくCH3OH合成
　9.4　終わりに

第5章　CO2有効利用のための関連技術・基礎技術
1　グリーン水素製造技術としての水電解
　1.1　はじめに
　1.2　グリーン水素
　1.3　水電解の歴史と基礎
　1.4　アルカリ水電解
　1.5　固体高分子形水電解
　1.6　高温水蒸気電解
　1.7　おわりに
2　CO2分離回収プロセスの物質収支,エネルギー収支,コスト計算
　2.1　はじめに
　2.2　物質収支
　　2.2.1　分離膜モジュールにおける物質収支
　　2.2.2　化学吸収法の吸収塔における物質収支
　2.3　エネルギー収支
　　2.3.1　熱交換器のエネルギー計算
　　2.3.2　コンプレッサのエネルギー計算
　2.4　CO2分離プロセスのコスト計算
　　2.4.1　コスト計算の概要
　　2.4.2　設備コストの算出
　　2.4.3　ユーティリティーコストと人件費の算出
　　2.4.4　合計コストの算出
　2.5　まとめ
3　CO2の排出量を算定するライフサイクルアセスメントの活用
　3.1　ライフサイクルアセスメント(LCA)とは
　3.2　LCAの手法
　3.3　LCAの実施手順
　3.4　LCAの実施:インベントリ分析
　3.5　LCAの実施:環境影響評価
　3.6　LCA結果の解釈,報告
　3.7　配分
　3.8　システム間の比較
　3.9　LCAデータベース
　3.10　二酸化炭素の回収・有効利用におけるLCAのためのガイドライン