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二酸化炭素の有効利用技術    
〜CO2から樹脂・化学製品・エネルギーをつくりだす〜
[コードNo.10STA056]

■監修/ 杉本裕(東京理科大学)
■体裁/ B5判上製本 370ページ
■発行/ 2010年 7月 7日 S&T出版(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-903413-90-7
 
★世界的に削減への取り組みがおこなわれているCO2を原料・エネルギーにするグリーンケミストリー技術
★CO2を可能な限り長く固定化できるような製品の企画・開発にむけた1冊

書籍趣旨

 二酸化炭素は元々大気中に含まれていて(約0.038%)、自然界に大量に存在している。本来、二酸化炭素は、植物の光合成の主原料であることからもわかるように、生命活動の根元に関わる物質で、これなしに地球上のあらゆる生物の存在はあり得ない。ところが、人類が近代文明の発展を求めて大量の化石資源を使い続けたため、使われた化石資源が最終的には二酸化炭素となって大気中に放出された。こうして発生した二酸化炭素が、徐々に大気中の二酸化炭素を増加させた。そして排出された二酸化炭素が地球温暖化に関連しているかもしれないことから、二酸化炭素は、その潜在的な有用性にもかかわらず、不要なもの・悪いものという印象をもたれている。
 いざ二酸化炭素を排出してしまってから、その量に驚き、嘆いても、もはや手遅れである。地球規模で拡散した二酸化炭素を集めることは、さらなるエネルギーの消費を招く。また、二酸化炭素は、極めて反応性が低い物質であるため、化学的に利用しようとすると、反応を起こさせるための何らかのエネルギーが必要となってしまう。そのため通常は、適切な触媒を用いることで円滑な反応の進行を促すことになる。よって、本来は、二酸化炭素を出す前に止める、二酸化炭素を出さない努力が必要なのである。
 一方、近年の大気中二酸化炭素量の急激な増加は、化石資源の莫大な消費に因っている。しかし、化石資源はやがて使い尽くされてしまうため、持続可能な社会構造・産業構造を達成するには、合成原料・エネルギー源としての石油に代わる、何か別の物質を有効利用する道も併せて開拓していかなければならない。したがって、たとえエネルギー的にはマイナスだとわかっていても、自然界に豊富に存在する二酸化炭素から、それを上回る資源的・環境的プラス効果をもたらす物質を合成することができれば、大きな意義がある。もちろんその際、エネルギーが要らなければ、なお良い。
 本書は、今世紀の社会生活において最も重大で最も深刻な懸念である地球温暖化問題と化石資源枯渇問題の解決に直接的に寄与することが期待できる「二酸化炭素の有効利用技術」に関する我が国の最新技術を幅広く集め、まとめたものである。すでに実用化段階に達しているもの、間もなく実現できそうなもの、あるいはもうしばらく時間がかかりそうなもの、個々の技術の開発段階はまちまちであるが、いずれも世界に先行する日本の科学技術の実力をいかんなく発揮した成果である。コスト的な問題をはじめとして、産業規模での利用にはまだ課題が残されているが、近い将来、これらの技術が世界に貢献できる環境産業にまで発展していけば、安全・安心な生活圏を確保をすることができる。
 本書の上梓が、二酸化炭素の有効利用によって喫緊の問題を解決しようとする方々にとっては、技術開発のさらなる革新と伸展を促し、今後、新たな参画を企画している方々にとっては、急速な発展を遂げる技術を把握する助けとなり、かつ、独自の二酸化炭素の有効利用技術を立案する着想点となれば、幸いである。監修者一同考えております。
(杉本裕 「はじめに」より抜粋/一部変更)

著者

二宮康司環境省
余語克則(財)地球環境産業技術研究機構
小野茂東京都市大学
山末英嗣京都大学
奥村英之京都大学
石原慶一京都大学
杉本裕東京理科大学
清水博(独)産業技術総合研究所
李勇進(独)産業技術総合研究所
落合文吾山形大学
遠藤剛近畿大学
福岡伸典旭化成(株)
井上義夫東京工業大学
室井高城アイシーラボ
荒川裕則東京理科大学
高野一史東京農工大学
崔準哲(独)産業技術総合研究所
坂倉俊康(独)産業技術総合研究所
若松周平千代田化工建設(株)
水野卓巳(地独)大阪市立工業研究所
富永洋一東京農工大学
斎藤拓東京農工大学
大竹勝人東京理科大学
内田博久信州大学
田村和也ダイダン(株)
半田明弘キユーピー(株)
松尾司(独)理化学研究所
前田治男国際石油開発帝石(株)
瀬名波出琉球大学
大井信明慶應義塾大学
新川はるか慶應義塾大学
田中美穂慶應義塾大学
井内仁志慶應義塾大学
冨田勝慶應義塾大学
竹田浩之(株)豊田中央研究所
石谷治東京工業大学
稲垣伸二(株)豊田中央研究所
江場宏美東京都市大学
三澤信博電源開発(株)
山崎悟志電源開発(株)
篠上雄彦新日本製鐵(株)
小島久史日立製作所(株)
丹康雄北陸先端科学技術大学院大学

目次

1章 我が国の地球温暖化対策と二酸化炭素回収・貯留・有効利用について

1我が国の温室効果ガスの排出目標
2現状の地球温暖化政策と炭素回収・貯留・有効利用について
2.1京都議定書目標達成計画
2.2海洋汚染防止法
2.3温室効果ガス排出・吸収目録
2.4CCS-CDM
32050年を目指した地球温暖化対策と炭素回収・貯留・有効利用

2章 二酸化炭素の分離回収技術開発の現状

1CO2の排出状況
2CO2分離回収技術
2.1CO2分離回収技術の適用プロセスによる分類
2.2CO2分離回収原理による分類
 ・吸収法
 ・吸着法
 ・膜分離法
 ・深冷分離
2.3CO2分離回収技術開発の最近の動向
3隔離・固定化技術
3.1海洋隔離と地中貯留
3.2CO2の産業利用
3.3炭酸塩固定化技術

3章 二酸化炭素からカーボンへの分解技術

1節プラズマ処理による二酸化炭素の分解技術
1プラズマ中での解離プロセス
2プラズマガスの選択について
3プラズマパラメータの測定方法
4大気圧マイクロ波プラズマ装置
5生成プラズマの諸量
6水を含むプラズマ内の主な生成粒子について
7分解実験
2節メカニカルミリングを応用した酸化鉄による二酸化炭素の固定
1鉄系酸化物による二酸化炭素の分解に関する既存研究
1.1FexO(ウスタイト)を用いた研究
1.2Fe3O4(マグネタイト)を用いた研究
1.3フェライトを用いた研究
2メカノケミストリによるウスタイトの活性化
2.1メカノケミストリとは
2.2メカニカルミリングによるウスタイトの変化
2.3メカニカルミリングしたウスタイトと二酸化炭素の反応
2.4活性化したウスタイトの二酸化炭素固定メカニズム
3鉄酸化物を利用した炭素固定サイクル

4章 二酸化炭素を原料とした樹脂・化学製品の製造・利用技術

1節二酸化炭素由来脂肪族ポリカーボネートの製造
12核金属錯体触媒の開発
2第3級アミンや第4級アンモニウム塩をもつコバルトサレン錯体型触媒の開発
3常温・常圧交互共重合用触媒の開発
4生成ポリマーからの触媒残渣の分離
2節二酸化炭素由来脂肪族ポリカーボネートの高性能化
1CO2固定化・利用技術としてのポリプロピレンカーボネート(PPC)の製造
2PPCの複合化による高性能化の実現
2.1PPC高性能化の指標
2.2複合化PPCの性能向上とPVAc添加の重要な役割
2.3複合化PPCにおける飛躍的な性能向上の実現
3複合化PPC利用による波及効果と循環型社会への貢献
3.1複合化PPC利用による波及効果
3.2複合化PPC利用による循環型社会への貢献
3節二酸化炭素から得られる五員環カーボナートを利用する高分子合成
1高分子合成に向けた二酸化炭素とエポキシドの反応による五員環カーボナートの合成
2二酸化炭素を利用する五員環カーボナート構造をもつポリマーの合成
3五員環カーボナートとアミンの反応を利用するポリウレタン類の合成
4節二酸化炭素を原料とする非ホスゲン法芳香族ポリカーボネートの工業化製造技術
1CO2を原料とする工業化プロセスにおける旭化成法ポリカーボネートプロセス
2芳香族ポリカーボネート樹脂(PC)
2.1芳香族ポリカーボネート樹脂とは
2.2ホスゲン法プロセスとその課題
2.3芳香族ポリカーボネート樹脂製造の究極の理想的プロセス
2.4CO2を原料とする非ホスゲン法ポリカーボネート製造法(旭化成プロセス)の概要
2.4.1理想的製法に近づく旭化成プロセス
2.4.2原料のCO2が全て製品に固定化される旭化成プロセス
−PC1万トン製造すれば、1732トンのCO2 排出量を削減しポリマー中に固定−
2.5非ホスゲン法プロセスの開発を阻む技術の壁
3世界初のCO2を原料とする旭化成法ポリカーボネートプロセス
3.1旭化成法ポリカーボネートプロセスの特徴
3.2モノマー製造プロセス
3.2.1EC製造工程(反応1)
3.2.2DMC、MEG製造工程(反応2)
3.2.3DPC製造工程(反応3-1、反応3-2)
3.3ポリマー製造プロセス
3.3.1既存の試み
3.3.2重力利用・無撹拌重合プロセス
4旭化成法ポリカーボネート樹脂の特徴
4.1塩素系不純物を含まない (塩素系化合物を全く使わない製法のため)
4.2金型汚れやスタンパー汚れ(モールドデポジット:MD)が少ない
4.3流動性・転写性に優れ、ハイサイクル成形が可能
5旭化成法プロセスの経済性
5.1旭化成プロセスによるポリカーボネート製造の経済性
5.1.1旭化成プロセスの工場建設費はホスゲン法の約半分
5.1.2旭化成プロセスの比例製造費はホスゲン法より安価
5.2旭化成プロセスによるMEG製造のメリット
6グリーンケミストリーの12ケ条を満足させる旭化成プロセスと社会への貢献
7旭化成プロセスの今後
5節発酵法による二酸化炭素からのバイオベース‐プラスチックの生産
1生分解性プラスチック
1.1生分解性プラスチックとは
1.2生分解性プラスチックの種類
1.3生分解性プラスチックのリサイクル
2PLA
2.1PLAの生産
2.2PLAの材料特性
2.3PLAの分解とリサイクル
3微生物産生PHA
3.1微生物によるプラスチック生産
3.2微生物による二酸化炭素からのPHAの直接合成
3.3微生物産生PHAの構造と性質
3.4微生物産生PHAの生分解性
4生分解性材料の用途
5バイオ‐ベースプラスチック生産のCO2削減効果
6節二酸化炭素からメタノール製造・利用技術
1メタノール合成反応
2メタノール合成触媒
3液相懸濁床
3.1親水性溶媒の利用
3.2有機水和物反応による方法
4均一系
5実証パイロットプラント
6メタノールの燃料としての利用
6.1MTG プロセス
6.2ジメチルエーテル(DME)
6.3LPG
7メタノールの化学品としての利用
7.1酢酸
7.2エタノール
7.3メタノールからオレフィンの製造
7.4メタノールとエチレンからのプロピレンの合成
7.5メタノールとブテンからプロピレンの合成
8メタノールを経由したCO2リサイクル
7節二酸化炭素の接触水素化によるエタノールの製造技術
1エタノール合成技術の背景
2シリカ担持ロジウム系複合触媒によるエタノール合成
3鉄-カリウム系複合酸化物触媒によるエタノール合成
8節二酸化炭素を原料とした炭酸エステル類の製造・利用技術
1炭酸エステル類の用途
2炭酸エステル類の工業的な合成法
3CO2を原料とするDMC合成における触媒開発(2005年以前)
4CO2を原料とするDMC合成における触媒開発(2005年以降)
5脱水剤の利用
5.1事実上再生不可能な脱水剤
5.2再生可能な脱水剤
5.2.1アセタールの利用
5.2.2モレキュラーシーブの利用
5.3高活性な触媒の開発
5.4スズ−酸複合触媒の高収率化 −アセタール骨格の影響−
6CO2を原料とするDMC合成の問題点と今後の課題
9節二酸化炭素を原料とする合成ガス製造プロセスの開発
1CO2/H2Oリフォーミングプロセスの特徴
1.1天然ガスのリフォーミング反応
1.2二酸化炭素削減効果
2CO2/H2Oリフォーミング触媒の特徴
3GTLプラントへの適用
4CO2/H2Oリフォーミングプロセスの今後の展開
10節二酸化炭素を原料とする医薬品中間体の合成
1重要な医薬品中間体である2,4-ジヒドロキシキナゾリン
2触媒量のDBUを用いた2,4-ジヒドロキシキナゾリンの合成
3超臨界二酸化炭素を原料および溶媒として利用した2,4-ジヒドロキシキナゾリンの合成
4二酸化炭素(1atm)と触媒量のDBUのみを利用した2,4-ジヒドロキシキナゾリンの無溶媒合成
5二酸化炭素(1atm)とDBUのみを利用した無溶媒反応の応用例
6キナゾリンの合成における反応経路
11節イオン伝導性ポリマーの研究開発における二酸化炭素の溶媒・原料利用
1研究背景
2scCO2処理によるSPEの高イオン伝導化およびイオン伝導度の経時変化
3ポリエーテル/クレイ複合体に対するscCO2処理効果
4CO2/エポキシド共重合体の合成と新しい電解質ポリマーへの展開

5章 超臨界二酸化炭素利用による二酸化炭素の有効利用

1節超臨界二酸化炭素を用いた高分子の高次構造制御
1結晶高次構造制御
1.1溶融構造制御と結晶化
1.2コンポジットの結晶高次構造制御
1.3磁場配向
1.4不融高分子の可塑化と結晶化
2多孔構造制御
2.1高分子と二酸化炭素の液々相分離
2.2超臨界発泡
2.3超臨界乾燥によるゲルのナノ多孔化
2.4結晶化中の二酸化炭素の排除と多孔化
2.5超臨界延伸による多孔化
2節超臨界流体を用いた高分子の成形加工
1超臨界二酸化炭素の性質
2CO2アシスト押出成型法
3超微細発泡体の形成
4超臨界二酸化炭素を用いたその他の高分子成形加工法
5超臨界アルコールを用いた高分子成形加工法
3節超臨界二酸化炭素を利用した微粒子創製技術
1超臨界二酸化炭素を利用した微粒子創製技術
1.1急速膨張法
1.1.1RESS法
1.1.2PGSS法
1.2緩速膨張法
1.3貧溶媒添加法
1.3.1GAS法
1.3.2SAS法
1.3.3SEDS法
1.4その他の微粒子創製技術
2RESS法による薬物のナノ粒子創製
4節超臨界二酸化炭素を洗浄溶媒とする大型洗浄装置の開発
〜各種VOC吸着材の再生技術〜
1超臨界流体
2超臨界二酸化炭素を洗浄溶媒とする理由
3超臨界二酸化炭素を用いた洗浄装置
3.1洗浄装置について
4VOC吸着材の洗浄事例
4.1有機用ケミカルフィルタの洗浄試験
4.2ACF(繊維状活性炭)の洗浄試験
4.2.1トルエンガス吸着性能
4.2.2比表面積・細孔分布
4.2.3吸着成分測定
5節超臨界二酸化炭素利用によるコレステロール除去卵黄の製造技術
1超臨界二酸化炭素の食品への応用
2鶏卵とコレステロール
2.1食餌性コレステロールの身体への影響
2.2卵黄からコレステロールを除去する方法
3超臨界二酸化炭素による抽出
3.1超臨界状態とは
3.2超臨界二酸化炭素による卵成分の抽出
3.3超臨界二酸化炭素抽出プラント
3.4商業規模での卵黄の超臨界処理
4コレステロール除去卵黄の食品への応用
4.1食品原料としての機能
4.2ノンコレステロールマヨネーズタイプ調味料の開発
4.3栄養補助食品の開発

6章 二酸化炭素のエネルギー化技術

1節均一系触媒を用いた二酸化炭素からメタンへの変換技術
1二酸化炭素の化学的還元
2ケイ素化学工業
3均一系触媒の調製
4均一系触媒を用いた二酸化炭素からメタンへの変換
5二酸化炭素還元の反応機構の解明
6種々のヒドロシランを用いた二酸化炭素の還元反応
7均一系触媒を用いた二酸化炭素還元の研究動向
2節微生物利用による二酸化炭素のメタン変換技術
1二酸化炭素利用EOR(原油増進回収)技術
2地下の油層に存在する常在微生物
3微生物作用による二酸化炭素と原油からのメタン変換
3節海洋バイオマスによる二酸化炭素吸収・利用システム
1無気泡溶解装置を用いた二酸化炭素の溶解技術に関する研究
1.1無気泡溶解方式による気体溶解効果
1.2火力発電所排気ガスからの二酸化炭素分離・溶解実験
2高濃度二酸化炭素溶解海水による海藻の培養
2.1ホソエダアオノリ培養実験方法
2.2高濃度CO2海水による屋内培養実験
2.3屋外水槽における培養実験
3海藻からのバイオエタノール化
3.1エタノール発酵対象成分および藻類の糖含量及び糖組成
3.2バイオエタノール生産試験方法および結果
3.3海藻(ホソエダアオノリ)からのバイオエタノール生産に関する考察
4節微細藻利用による二酸化炭素からの軽油生産技術
1微細藻類によるバイオディーゼル生産
1.1バイオ燃料用微細藻類の多様性
1.1.1微細藻類
1.1.2バイオ燃料生産に微細藻類を使用することの利点
1.1.3微細藻類生産システム発展の歴史
1.1.4藻類脂質の含有量と生産量
1.2微細藻類によるバイオディーゼルのバリュー・チェーン段階
1.2.1培養藻と培養環境の選択
1.2.2藻類培養
1.2.3バイオマス回収
1.2.4バイオマス成分の抽出
1.2.5バイオディーゼル生産
1.3微細藻培養システム
1.3.1開放式-閉鎖式培養系
1.3.2回分培養と連続培養
1.3.3培養槽の設計と材質
2微細藻バイオディーゼルの応用例
2.1微細藻から製造されるバイオディーゼルの品質基準
2.2微細藻バイオディーゼル生産の経済性
2.3微細藻の栄養としての二酸化炭素の利用
3日本における微細藻バイオディーゼル研究
5節人工光合成による二酸化炭素の有効利用技術
1二酸化炭素の活性化
2光増感剤と触媒によるCO2還元
3レニウム錯体によるCO2還元
4光増感剤?触媒連結型分子によるCO2還元
5半導体光触媒によるCO2還元
6光合成の光捕集系を模倣したCO2還元
6節金属と炭酸水との反応による水素製造
1二酸化炭素の作用
2反応の実際
3鉄と二酸化炭素の組み合わせによるシステム
4リサイクルについて

7章 二酸化炭素排出量削減技術・取り組み

1節石炭火力発電における二酸化炭素排出削減技術へむけた取り組み
1熱効率の向上によるCO2排出削減
2二酸化炭素回収・貯留(CCS)技術
2.1燃焼前回収技術
2.2燃焼後回収技術
2.3酸素燃焼技術
2.4CO2分離回収に必要なエネルギーとコスト
3CO2分離・回収技術の開発動向
3.1燃焼前回収
3.2燃焼後回収
3.3酸素燃焼
2節新日本製鐵における二酸化炭素削減へむけた取り組み
1地球規模で長期的な視点に立った二酸化炭素の削減
1.12050年に向けた環境・エネルギーの取組み
23つのエコに基づく二酸化炭素排出削減に向けての取組み
2.13つのエコの考え方
2.2エコプロダクツ
2.2.1軽量化と衝突安全性に貢献するハイテン(自動車用高強度鋼板)
2.2.2ハイブリッドカーに不可欠なモーター用高機能電磁鋼板
2.2.3バイオ燃料にも対応できる燃料タンク用鋼板
2.3エコプロセス
2.3.1自主行動計画に基づく二酸化炭素排出削減
2.3.2中長期的に抜本的なCO2排出削減
2.4エコソリューション
2.4.1廃プラスチックの再資源化
2.4.2廃タイヤの再資源化
2.4.3環境共生の街づくり
2.4.4鉄鋼産業向けの資源・エネルギー回収設備の供給
2.4.5全国の製鉄所での郷土の森づくり
2.4.6鉄分供給による海の森づくり
3グローバル・プレーヤーとしての貢献
3.1グローバル・セクトラル・アプローチによる国際貢献
3節日立グループにおける二酸化炭素削減にむけた取り組み
1日立グループの環境経営
1.1環境ビジョン2015
1.2環境マネジメントシステム
2生産活動における地球温暖化対策
2.1温室効果ガス(GHG)排出量削減
2.2高効率機器の導入
2.3CO2排出量削減制度
2.4スーパーエコファクトリー/オフィス認定制度
2.5燃料転換の推進
2.6省エネ診断・海外での環境会議開催
3製品・サービスを通じた温暖化対策
3.1環境適合製品の拡大
3.2環境効率の向上
3.3スーパー環境適合製品の拡大
4節ネットワーク家電制御による二酸化炭素削減技術
1過去の経緯と位置づけ
2消費エネルギー削減の原理
2.1人間行動に起因する無駄を排除
2.2自然エネルギーや分散電源を使い切る
2.3燃料、電力、熱の変換による全体最適化
2.4建築物の機能を活用する
2.5移動に関するエネルギーも全体最適の対象に
2.6ヒト、モノの移動を減らす
2.7ICT援用拡大家族
2.8トレーサビリティと買い替え喚起
2.9人間行動に一定の制約を課する
2.10家庭内におけるICTによる消費エネルギー削減量とみえる化
3現状と今後の展開



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