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水素利用技術集成 Vol.2
〜効率的大量生産・CO2フリー・安全管理〜
[コードNo.05NTS140]

■体裁/ B5判・396頁
■発行/ 2005年 5月 26日
(株)エヌ・ティー・エス
■定価/ 48,600円(税込価格)

 2003年発行以来好評を博している「水素利用技術集成」の第2弾。実用化に向けて特に要求の高まっている、効率的大量生産、CO2フリー、安全管理を中心に最新情報を網羅。

執筆者(執筆順)
太田健一郎横浜国立大学大学院工学研究院教授
市川勝北海道大学触媒化学研究センター教授
美濃輪智朗(独)産業技術総合研究所循環バイオマス研究ラボ主任研究員
山田修大阪産業大学工学部交通機械工学科教授
中島田豊広島大学大学院先端物質科学研究科分子生命機能科学専攻助手
西尾尚道広島大学大学院先端物質科学研究科分子生命機能科学専攻教授
吉岡浩富士電機システムズ(株)環境システム本部新事業統括部バイオマス事業グループマネージャー
佐古猛静岡大学工学部物質工学科教授
岡島いづみ長崎菱電テクニカ(株)環境システム課超臨界流体技術グループ
秋山友宏北海道大学大学院エネルギー変換マテリアル研究センターエネルギーメディア変換材料分野教授
平木岳人北海道大学大学院エネルギー変換マテリアル研究センターエネルギーメディア変換材料分野秋山研究室修士課程
辻俊郎北海道大学大学院工学研究科物質工学専攻化学プロセス工学分野助教授
小林隆夫(株)荏原製作所営業本部総合・ソリューション事業統括審議役(エネルギー担当)
大谷繁(株)荏原製作所営業本部総合ソリューション事業統括部長
玉浦裕東京工業大学炭素循環エネルギー研究センター教授
寺田敦彦日本原子力研究所大洗研究所核熱利用研究部熱利用技術研究グループ研究員
小貫薫日本原子力研究所大洗研究所核熱利用研究部熱利用技術研究グループ主任研究員グループリーダー
日野竜太郎日本原子力研究所大洗研究所核熱利用研究部主任研究員
中桐俊男核燃料サイクル開発機構大洗工学センター要素技術開発部新材料研究グループ副主任研究員
青砥紀身核燃料サイクル開発機構大洗工学センター要素技術開発部次長(兼新材料研究グループリーダー)
武石薫静岡大学工学部物質工学科助手
大塚潔東京工業大学名誉教授
竹中壮九州大学大学院工学研究院化学工学部門助教授
原重樹(独)産業技術総合研究所環境化学技術研究部門膜分離プロセスグループ主任研究員
竹内隆横浜国立大学大学院工学研究院システム統合工学助手
北岡卓也九州大学大学院農学研究院森林資源科学部門助教授
藤井光廣長崎総合科学大学工学部教授
山邊時雄長崎総合科学大学学長
白井誠之(独)産業技術総合研究所東北センターチーム長
小松紘一京都大学化学研究所構造有機化学研究領域教授
中森裕子東北大学金属材料研究所環境材料工学研究分野(特殊耐熱材料学研究部門)助手
折茂慎一東北大学金属材料研究所環境材料工学研究分野(特殊耐熱材料学研究部門)助教授
岡野一清水素エネルギー協会理事
鬼鞍宏猷九州大学大学院工学研究院知能機械システム部門教授
佐島隆生九州大学大学院工学研究院知能機械システム部門助手
吉川典彦名古屋大学大学院工学研究科教授
斎藤寛泰名古屋大学大学院工学研究科助手
松井英憲(独)産業安全研究所理事
大塚輝人(独)産業安全研究所化学安全研究グループ研究員
水谷高彰(独)産業安全研究所化学安全研究グループ研究員
申ウソク(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門センサインテグレーション研究グループ主任研究員
村山宣光(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門センサインテグレーション研究グループグループ長
二宮英樹(株)四国総合研究所電子技術部主席研究員
家入裕治(財)エンジニアリング振興協会技術部水素プロジェクト室研究主幹
石原顕光(独)科学技術振興機構研究員
岩崎和市(独)新エネルギー・産業技術総合開発機構燃料電池・水素技術開発部主任研究員/技術士(応用理学)
原田亮帝国石油(株)技術企画部主査
桜井誠東京農工大学大学院共生科学技術研究部生存科学研究拠点講師
有川敏隆(株)エネアージ技術部長燃料電池プロジェクト実証チームカマタ(株)工事/技術部長
高梨啓和鹿児島大学工学部生体工学科助教授
上村芳三(株)鹿児島TLO客員研究員
甲斐敬美鹿児島大学工学部応用化学工学科助教授
松本安生神奈川大学外国語学部助教授
藤江幸一豊橋技術科学大学エコロジー工学系教授
鈴木基之放送大学教授/国際連合大学特別学術顧問

詳細目次
A編総論

B編水素資源

第1章有機ハイドライドを利用する水素製造と供給技術
1.はじめに
2.水素産業や燃料電池社会に向けての水素需要とオフサイト水素製造・オンサイト供給
3.石油系アロマを利用する水素運搬・供給技術
4.有機ハイドライドの選択と触媒開発
5.有機ハイドライドを利用する風力・太陽光発電水素の貯蔵・運搬技術
6.メタンから水素と有機ハイドライドを製造する触媒技術
7.バイオガスを利用するベンゼンとグリーン水素を作る触媒技術の展開
8.まとめと将来展望
 
第2章バイオマスからの水素製造
2.1木質・草本系
2.1.1木質系・草本系バイオマスからの水素構造
1.はじめに
2.バイオマス
3.バイオマスのガス化
4.おわりに
2.1.2新しい多孔質を利用した高温過熱水蒸気システムによる水素発生
1.はじめに
2.燃焼合成
3.高温過熱水蒸気発生システム
4.木質・草本系バイオマスの高温過熱水蒸気改質
2.1.3木質系バイオマス−木質系バイオマスの二酸化炭素吸収ガス化−
1.はじめに
2.二酸化炭素吸収ガス化の原理と特徴
3.バイオマスの二酸化炭素吸収ガス化
4.今後の展望
2.2食品廃棄物
2.2.1製パン廃棄物(水素・メタン二段発酵技術)からの水素製造
1.はじめに
2.水素・メタン二段発酵法の原理
3.製パン工場有機廃棄物の水素・メタン発酵
3.1有機物濃度および前処理の効果
3.2撹拌槽型リアクタによる回分培養
3.3連続水素生産
3.4水素発酵残液のメタン発酵
4.おわりに
2.2.2生ごみからの水素製造
1.はじめに
2.生ごみバイオガス化燃料電池発電設備
3.生ごみバイオガスからの水素製造
2.3家畜排せつ物からの水素製造
1.はじめに
2.超臨界水とは
3.家畜排せつ物からの水素製造
3.1技術の概要
3.2ガス化反応実験
3.3豚ぷんからの水素製造
4.おわりに
 
第3章廃棄物からの水素製造
3.1廃棄アルミニウムから水素の製造
1.はじめに
2.実験
2.1実験手順および方法
2.2実験結果および考察
温度、pHおよび水素発生状況
XRD分析
反応式の決定
反応速度に及ぼす温度の影響
密閉容器内での高圧水素
3.LCA解析
3.1方法
3.2LCA解析結果
ケースAにおけるLCIおよびLCA解析結果
ケースBにおけるLCIおよびLCA解析結果
4.おわりに
3.2廃プラスチックからの水素ガスの製造
1.はじめに
2.スチームリフォーミングによる廃プラスチックからの水素製造プロセス
2.1従来の廃プラスチックガス化方法
2.2スチームリフォーミングによるプラスチックのガス化方法
3.固定層によるプラスチック分解油のスチームリフォーミングの実験
3.1実験装置
3.2スチームリフォーミングの実験結果
3.3工業用触媒を用いたスチームリフォーミングの実験結果
4.流動層による廃プラスチック分解油のスチームリフォーミングの実験
4.1実験装置
4.2実験結果
5.まとめ
3.3エチレン残渣からの合成ガス/水素製造
1.はじめに
2.エチレン残渣および製油所重質残渣類のガス化
3.エチレン残渣から水素を製造する意義
3.1原油および石油製品の国内バランス
3.2ナフサ需要量の削減方策
3.3石油残渣IGCC
4.エチレン残渣からの水素製造技術
4.1内部循環流動ガス化炉(ICFG)
ICFGの構成と特徴
原料性状によるICFGの性能特性
従来型ガス化炉
ICFGの特徴と効果
4.2TDR(Total Hydrocarbon Reforming)水蒸気改質技術
4.3エチレン残渣からの合成ガス/水素製造
合成ガス/水素製造のプロセスフロー
エチレン残渣のガス化性能
5.エチレン残渣からの合成ガス/水素製造の適用例
6.今後の展望
 
第4章その他注目される水素製造技術
4.1集光太陽熱による水素製造技術
1.はじめに
2.サンベルトにおける集光太陽エネルギー技術開発の概況
3.ビームダウン型集光系と経済性
4.集光太陽熱の天然ガス改質反応によるソーラー水素生産
5.ソーラーハイブリッド水素・ソーラーハイブリッドメタノール生産
4.2原子力(高温ガス炉)からの水素
1.はじめに
2.原研における高温ガス炉を用いた水素製造に関する技術開発の概要
2.1原子炉技術
2.2水素製造技術
2.3システムインテグレーション技術
3.ISプロセス研究の現状
3.1材料
3.2閉サイクル化
3.3熱効率
4.海外の動向
5.おわりに
4.3小型高速増殖炉(FBR)を利用した水素製造
1.はじめに
2.ハイブリッド熱化学法の原理
2.1Westinghouseプロセス
2.2ハイブリッド熱化学法の原理(低温化原理)
2.3ハイブリッド熱化学法の特徴
高い熱利用効率
プロセス構成上のメリット
高い安全性
3.ハイブリッド熱化学法の実験的検証
3.1SO3電解部の機能確証
3.2連続水素製造試験
4.プラントへの適用検討
5.今後の課題
4.4ジメチルエーテル(DME)の水蒸気改質による水素製造
1.はじめに
2.ゾル−ゲル法で調製した触媒と市販の触媒などによるDME水蒸気改質
3.ゾル−ゲル法で調製した触媒による混合触媒と単一触媒との活性比較
4.ゾル−ゲル触媒における金属担持量と水素生成速度
5.金属添加効果と水素生成速度
6.おわりに
4.5メタン分解による水素製造
1.はじめに
2.担持Ni触媒上でのメタン分解
3.担持Ni触媒の高活性化および長寿命化
4.析出炭素の利用
5.今後の研究課題
4.6アモルファス合金による水素分離
1.金属膜の特長と課題
2.アモルファス合金膜への期待
3.単ロール液体急冷法による合金膜の作製
4.アモルファス合金膜の種々の特性
4.1水素透過特性
4.2透過係数の組成依存性
4.3水素分離に適した温度
4.4高温における構造安定性
4.5水素分離性能
4.6Pdに一切頼らない金属膜の可能性
4.7コストパフォーマンス
5.今後の課題
4.7耐熱・耐食性メンブレンリアクタを用いた硫化水素からの水素製造
1.はじめに
2.硫化水素熱分解反応に関するメンブレンリアクタの数値解析
3.結果と考察
4.おわりに
4.8抄紙成型によるペーパー触媒の開発
1.はじめに
2.触媒粉末のペーパー成型
3.メタノール改質性能
4.ペーパー触媒の空隙構造と改質特性
5.おわりに
 
C編水素貯蔵技術

第1章ナノグラフェンによる水素吸蔵
1.はじめに
2.炭素系材料による水素吸着実験の問題点
2.1炭素系材料の多様性
2.2水素吸蔵量の評価法
2.3多様な測定温度と水素圧
3.ハイドログラフェンによる水素吸蔵
3.1ハイドログラフェンとは
3.2ハイドログラフェンによる水素吸着
ナノカーボン空間
ナノカーボンに対する異原子注入
HGRへの水素吸着モデル
4.炭素系材料による水素吸蔵研究の今後の展望
 
第2章有機物質への低温水素貯蔵
1.はじめに
2.超臨界二酸化炭素溶媒と固体触媒を利用する多相系水素化システム
3.多相系ナフタレン水素化反応によるデカリン合成
4.多相系ビフェニル水素化反応によるビシクロヘキシル合成
5.おわりに
 
第3章フラーレンへの100%水素貯蔵
1.はじめに
2.内包フラーレン
3.開口フラーレンの合成
4.水素分子の導入
5.水素内包フラーレンH2@C60の合成
6.おわりに
 
第4章錯体水素化物による高密度水素貯蔵
1.はじめに−錯体水素化物とは−
2.高密度水素貯蔵材料としての期待
3.高機能化のための開発指針
3.1陽イオン置換
3.2複合化
錯体水素化物と金属水素化物の複合化
錯体水素化物同士の複合化
4.さらなる高機能化に向けて
4.1錯体水素化物と合金水素化物の系統的理解
5.おわりに―革新的機能を目指して―
 
D編水素インフラ技術

第1章商業用水素ステーションと水素インフラの整備動向
1.はじめに
2.商業用水素ステーションの水素源
2.1日本における水素供給体制
2.2液体水素の供給
2.3水素ステーションで利用されるその他の水素源
2.4海外の水素ステーションの水素源
3.商業用水素ステーション設備の課題
3.1水素ステーション用機器の設計と仕様の標準化
3.2商業用水素ステーションの運用と管理
4.世界の水素ステーションの開発動向
5.自動車用水素インフラ構築の動向
5.1米国、カリフォルニア州の水素ハイウェイ構想
5.2ヨーロッパの水素インフラ構築計画
5.3カナダの水素ハイウェイ計画
6.自動車用水素インフラ構築の課題と将来展望
 
第2章超高圧タンクの開発
1.高圧水素タンクの必要性
2.高圧水素タンクの基準・標準
3.これまでに開発された高圧水素タンク
3.1開発のねらい
3.2開発の状況
4.本研究で開発中の高圧水素タンクについて
4.1水素タンクの製作法と高圧化
4.2従来のタンクの問題点
CFRP層に発生する不均一な応力
巻き付け繊維張力による繊維層のゆるみ
気泡の混入
4.3タンク高圧化技術
4.4タンク製造装置
5.おわりに
 
E編安全管理

水素爆発の基本特性と危険性評価方法に関する最近の研究
1.はじめに―水素爆発基本特性のまとめ―
2.低温における水素ガスの爆発特性評価1
2.1実験装置および方法
2.2実験結果と考察
3.水素ガス拡散過程の数値シミュレーションと開放空間における爆発危険性評価指数の導入
3.1計算条件264
3.2水素とメタンの比較
4.水素爆燃の危険性評価方法
4.1実験装置および方法
4.2実験結果および考察
延焼領域と火炎速度
爆風パラメータに対するスケーリング則の適用
 
第1章ガスセンサを用いた水素漏れ検知器の開発
1.水素センサの事例・開発動向
2.水素ステーション安全対策としてのガスセンサ
3.熱電式水素センサによる水素ガス検知
4.マイクロ熱電式水素センサの水素検知特性
4.1高感度化
4.2高速応答
4.3耐久性・長期安定性のために
5.まとめ
 
第2章水素火炎の可視化
1.はじめに
2.水素火炎の発光
3.火炎の温度と黒体輻射
4.水素火炎可視化装置
4.1火炎の可視化方法
4.2火炎可視化装置の構造
5.フィールド試験結果
6.まとめ
 
F編評価

第1章水素技術国際標準化(ISO/TC197)
1.はじめに
2.ISO(International Organization for Standardization)国際規格
2.1本文
2.2ISO国際規格の策定手順
2.3国際標準文書
3.日本における水素関連国際標準化活動
4.海外における水素関連国際標準化活動
5.ISO/TC197(水素技術)について
5.1ISO/TC197の概要
5.2組織、活動中のWG項目(活動経緯・審議中の規格)
組織−ISO/TC197国内対応体制
発行・文書化済みのTC/197項目
審議中の項目
ISO/TC197の具体的活動
日本としての重要WG項目と活動状況
5.3水素技術・標準化の今後の検討項目
6.国際標準化活動における日本の課題
 
第2章物質循環から考える水素エネルギーシステムの評価
1.はじめに
2.水素エネルギーシステムと物質循環
2.1持続的な活動と物質循環
2.2地球環境の潜在的な活動可能性
2.3人類活動が水素循環と炭素循環に与える影響
3.水素エネルギーシステムが水循環に及ぼす影響
3.1日本
3.2東京都区部
4.都市の水循環の回復
5.まとめ
 
G編将来展望

第1章ロードマップ
1.1日本水素エネルギー技術開発の現状とロードマップ
1.はじめに
2.米国の水素エネルギー開発について
3.日本の水素エネルギー技術開発の経緯
3.12001年1月
3.22002年6月
3.32002年10月
3.42002年12月
3.52003年5月
3.62004年2月
3.72004年3月
3.82005年3月(予定)
4.WE−NET第・期における水素導入のシナリオ
5.日本のロードマップ
5.1水素エネルギー技術開発のロードマップ
水素燃料の低コスト化
システムの高効率化
水素貯蔵材料の研究開発
水素利用技術の多様化について
水素の安全に係わる研究開発
再生可能エネルギー
5.2燃料電池実用化推進協議会のロードマップ
6.水素安全利用等基盤技術開発の成果について
6.1水素容器本体に係わる技術(委託先:(財)日本自動車研究所)
6.2水素インフラに係わる安全技術(委託先:(財)石油産業活性化センター)
6.3水素の基礎物性(委託先:(財)エネルギー総合工学研究所)
6.4材料の基礎物性(委託先:(財)金属系材料研究開発センター、(社)日本アルミニウム協会)
7.現状の課題と今後の展開
8.おわりに
1.2米国水素エネルギーロードマップ
1.はじめに
2.米国水素エネルギーロードマップの変遷
3.米国水素エネルギーロードマップの内容
3.1水素の生産方法
3.2水素輸送
3.3水素貯蔵
気体水素の貯蔵
液体水素の貯蔵
その他の水素貯蔵
3.4水素のエネルギー変換
エンジンおよびタービン
燃料電池
市場化への導入課題
3.5水素エネルギーの利用
3.6啓蒙活動
3.7水素エネルギーに関する規格・標準化
4.まとめ
5.おわりに
1.3欧州水素エネルギーロードマップ
1.水素と燃料電池の重要性
2.水素と燃料電池が重要視されている背景
2.1新しい技術が市場参加可能な政治的枠組みの実現
2.2欧州レベルでの戦略的研究計画とその実行
2.3水素と燃料電池のための戦略的計画の策定
2.4欧州の水素と燃料電池技術の協力
3.ロードマップ
3.1短、中期(2010年まで)
3.2中期(2020年まで)
3.3中、長期(2020年以降)
4.ロードマップに見られる特徴
 
第2章モデル
2.1燃料電池実証報告(固体高分子形4kW)−夢を現実のものへ−
1.つくば市環境
2.つくば市設置燃料電池
3.システム構成
3.1プロセスフロー(燃料系)
3.2機器構成(改質器、CO変成器)
3.3スタック
スタック概要
スタック総論
4.まとめ
5.今後の課題
2.2ゼロCO2社会の屋久島モデルの構築
1.屋久島の現状
2.水素社会のモデル地域としての屋久島の位置付け
3.屋久島における取り組み
4.屋久島モデル研究の目的
2.3水素エネルギー・燃料電池を利活用する北の街づくり−北海道プロジェクトの展開−
1.「北海道プロジェクト」の発進―水素・燃料電池活用する北の街づくり―
2.有機ハイドライドを利用する水素・燃料電池の導入・普及モデル事業
3.有機ハイドライドを利用する燃料電池社会のための水素ネットワーク
4.バイオガスを利用する地域エネルギー自立型実証試験と技術開発の将来展望
 

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