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有機貯蔵材料とナノ技術
―水素社会に向けて―
Organic Storage Materials and Nano Technology for Hydrogen Society
[コードNo.2007T601]

■監修/ 市川勝(北海道大学 名誉教授)
■体裁/ B5判 367ページ
■発行/ 2007年 12月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)

無機系材料、炭素系材料、有機ハイドライドなど多岐にわたる技術を網羅!
有機ハイドライドを活用する”水素ハイウェー構想”が詳述!
水素エネルギー、及び水素社会に関心のある研究者、技術者は是非!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行のねらい
 大気中CO2濃度の増大による地球温暖化、洪水や砂漠化など地球規模の異常気象、そして化石資源の枯渇や石油の高騰など、人類の暮らしの危機が叫ばれている。ここにきて、問題解決の切り札ともいえる水素エネルギーや水素社会について人々の関心と期待が高まっている。最も軽くシンプルな元素であり、燃え滓は水だけという究極のクリーン燃料が”水素”である。水素のあるところ、どこでも燃料電池を用いて、手作りの電気を利用することが出来る。電力やガスなどのエネルギー産業のみならず、自動車、郵船、鉄道などの物流・運輸業界、製鉄、化学工業界さらにはITデバイス産業にとっても水素の利用は21世紀の重要な技術開発テーマとなっている。”これからのエネルギーの主役”として期待される「水素」。水素を暮らしの中で身近に使う「水素社会」を目指すために、水素を効率よく貯蔵し、安全にそして経済的に輸送する貯蔵材料の開発が需要である。自動車、家庭用発電、パソコン、携帯電話などそれぞれの用途に合わせて、水素を安全・簡便に貯蔵して輸送し供給する水素インフラ技術の開発が緊急な課題である。最近、安全で軽量・コンパクトで輸送において取り扱いが良好なシクロヘキサン・デカリンなどの有機ハイドライドや、カーボンナノ材料など有機貯蔵材料を利用する水素の貯蔵・供給技術の実用化に向けた開発が国内外で積極的に進められている。さらに、無機系材料から炭素系及び有機系貯蔵材料、新しい有機錯体材料の登場、それらのナノ材料設計、そしてガスハイドレートや機能性高分子材料への広がりは目覚しいものがある。
 本技術書においては、有機や無機貯蔵材料の化学と水素やメタンに対する吸蔵特性を理解して、貯蔵材料のナノ技術に関する最近の研究成果を紹介する。有機貯蔵材料を主軸にナノ材料設計から機能開発、そして応用展開に繋げられる。従来技術はできるだけ限定して、新規な貯蔵材料の開発コンセプトや水素のインフラ技術開発のフロンティアのみならず、水素社会にむけての無機・有機貯蔵材料の実用化開発の状況とインフラ技術の展開に関して最新データや技術紹介を、各分野の大学・研究所の研究者のみならず、とりわけ産業界でご活躍のエキスパートに執筆を担当していただいた。
 今回、日本で初めて「水素社会に向けての有機貯蔵材料とナノ技術」に関する専門書を出版することが出来たことは、この分野の今後の展開を考えると、大きな意味を持っていると自負しております。本書が有機貯蔵材料と環境ナノ技術に興味を持つ学生の皆様をはじめとして大学、研究所とくに企業現場の若手研究者の研究開発とアイデア作りにお役に立てば幸いである。
(「刊行にあたって」より)
2007年12月 北海道大学名誉教授 市川勝

執筆者一覧
市川勝北海道大学 名誉教授
秋葉悦男(独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 主幹研究員
伊藤秀明(株)日本製鋼所 研究開発本部 室蘭研究所 副所長
小野信市(株)日本製鋼所 室蘭製作所 特機部 部長
折茂慎一東北大学 金属材料研究所 准教授
中森裕子東北大学 金属材料研究所 助教
小林浩和九州大学 大学院理学研究院
山内美穂九州大学 大学院理学研究院 助教
北川宏九州大学 大学院理学研究院 教授
今村速夫山口大学 大学院理工学研究科 教授
酒多喜久山口大学 大学院理工学研究科 准教授
藤井光廣長崎総合科学大学 新技術創成研究所 客員教授
石川滋東海大学 理学部 化学科 准教授
古谷吉男長崎大学 教育学部 生活健康講座 技術教育 教授
山邊時雄長崎総合科学大学 新技術創成研究所 教授
金子克美千葉大学 大学院理学研究科 基盤理学専攻 化学コース 教授
真庭豊首都大学東京 大学院理工学研究科 物理学専攻 教授
高木英行(独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 エネルギー貯蔵材料グループ 研究員
斉藤泰和東京理科大学 工学部 工業化学科 教授
白井誠之(独)産業技術総合研究所 コンパクト化学プロセス研究センター 触媒反応チーム チーム長
日吉範人(独)産業技術総合研究所 コンパクト化学プロセス研究センター 触媒反応チーム 研究員
伊藤直次宇都宮大学 工学部 応用化学科 教授
梅沢順子(株)ジャパンエナジー 精製技術センター 主任研究員
中村博幸(株)ジャパンエナジー 精製技術センター 主任研究員
奥田誠(株)フレイン・エナジー 事業マネージャー
櫻元正(株)フレイン・エナジー 開発グループ リーダー
北川進京都大学 大学院工学研究科 教授
植村一広山口大学 大学院理工学研究科 助教
森和亮神奈川大学 理学部 教授
竹井徹神奈川大学 理学部 博士後期課程
佐藤智彦(株)三菱化学
山本拓矢(独)科学技術振興機構 ERATO-SORSTナノ空間プロジェクト 研究員
福島孝典(独)科学技術振興機構 ERATO-SORSTナノ空間プロジェクト グループリーダー;東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 特任准教授
相田卓三(独)科学技術振興機構 ERATO-SORSTナノ空間プロジェクト プロジェクトリーダー;東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 教授
成田英夫(独)産業技術総合研究所 メタンハイドレート研究ラボ ラボ長
海老沼孝郎(独)産業技術総合研究所 メタンハイドレート研究ラボ 副ラボ長
皆川秀紀(独)産業技術総合研究所 メタンハイドレート研究ラボ 主任研究員
本藤祐樹横浜国立大学 大学院環境情報研究院 准教授
小池田章(株)フレイン・エナジー 代表取締役

構成および内容
第1章無機系貯蔵材料
1水素貯蔵合金の水素化特性とエネルギー貯蔵材料開発(秋葉悦男)
1.1水素の物性とエネルギーとしての利用
1.2水素エネルギーに関するプロジェクト
1.2.1EQHHPP(Euro Quebec Hydro-Hydrogen Pilot Project)計画
1.2.2WE-NET計画(水素利用国際クリーンエネルギーシステム研究開発)
1.2.3水素安全利用等基盤技術開発
1.3水素の輸送貯蔵は何故、重要か
1.4圧縮ガスによる水素輸送・貯蔵技術
1.5液化水素による水素輸送・貯蔵
1.6水素貯蔵材料による水素輸送・貯蔵
1.6.1水素貯蔵材料の特徴
1.6.2無機系水素貯蔵材料の分類
1.6.3水素貯蔵合金(合金系水素貯蔵材料)
2水素貯蔵合金の開発と応用(伊藤秀明、小野信市)
2.1水素貯蔵合金の特徴
2.2水素貯蔵合金の開発動向
2.2.1従来型水素貯蔵合金
2.2.2超格子構造の希土類合金
2.2.3BCC構造の水素貯蔵合金
2.2.4Mg系水素貯蔵合金
2.2.5超高圧下での新規水素化物の創生
2.2.6高吸蔵材料開発に向けた指針
2.3水素貯蔵合金の耐久性
2.4水素貯蔵合金の応用システム
2.4.1Ni-MH電池
2.4.2熱利用システム
2.4.3水素貯蔵
2.4.4水素分離、精製
2.4.5アクチュエータ
2.5水素貯蔵合金を用いた水素貯蔵タンクの国際規格と標準化動向
2.6まとめ
3錯体水素化物の特徴と水素貯蔵機能(折茂慎一、中森裕子)
3.1はじめに
3.2Al-H(アラネート)系
3.3B-H(ボロハイドライド)系
3.4N-H(アミド・イミド)系
3.5複合系
3.6錯体水素化物に関連するトピックス
4金属ナノ粒子の水素吸蔵(小林浩和、山内美穂、北川宏)
4.1はじめに
4.2金属ナノ粒子の水素吸蔵性能
4.2.1水素吸蔵特性評価のための材料設計
4.2.2Pdナノ粒子の構造と水素吸蔵挙動
4.2.3水素吸蔵特性の金属サイズ依存性
4.3合金ナノ粒子における水素吸蔵
4.3.1コア・シェル型合金ナノ粒子の水素吸蔵特性
4.3.2水素処理による合金ナノ粒子の構造制御
4.3.3水素吸蔵量の制御
4.4おわりに
第2章炭素系水素貯蔵材料
1グラファイトのナノ複合系による水素吸蔵とその性能(今村速夫、酒多喜久)
1.1はじめに
1.2グラファイトのナノ構造化にともなう水素吸蔵能の発現
1.3Mgによる複合効果
1.4吸蔵水素の識別とその特性評価
1.4.1軽ベンゼン(C6H6)を添加剤にした複合系への重水素(D2)の吸蔵
1.4.2重ベンゼン(C6D6)を添加剤にした複合系への軽水素(H2)の吸蔵
1.5グラファイト/Mg複合系の特徴と活性の促進
2ハイドログラフェンによる水素吸着とナノカーボン空間の吸着モデル(藤井光廣、石川滋、古谷吉男、山邊時雄)
2.1はじめに
2.2ハイドログラフェンによる水素吸着
2.2.1PPhSの結晶構造
2.2.2PPhSのH/CおよびO/Cモル比
2.2.3比表面積および細孔分布測定
2.2.4低温における水素吸蔵実験
2.3ハイドロカーボンナノ空間の水素吸着モデル
2.4金属原子を添加したハイドログラフェンの水素吸着に関する理論的考察
2.5おわりに
3カーボンナノホーンの合成とガス貯蔵
3.1カーボンナノ材料の構造と水素吸着性(金子克美)
3.1.1はじめに
3.1.2ナノ孔性カーボンの種類と細孔構造
3.1.3ナノカーボン類のXPSとラマンスペクトル
3.1.4ナノカーボン類の水素吸着性
3.2ナノ細孔炭素材料の分子選択的吸着特性(真庭豊)
3.2.1はじめに
3.2.2カーボンナノチューブへの水の吸着と交換転移
3.2.3交換転移と分子選択的ナノバルブの原理
3.2.4電気抵抗特性と分子選別ガスセンサーへの応用
4ナノカーボン材料による水素貯蔵(高木英行)
4.1はじめに
4.2カーボン材料の水素貯蔵特性
4.2.1カーボン材料の構造と水素貯蔵機構
4.2.2カーボン材料の水素貯蔵量評価法
4.2.3カーボンナノチューブ
4.2.4カーボンナノファイバー
4.2.5その他のカーボン材料
4.3カーボン材料の物理吸着による水素貯蔵特性
4.3.1これまでの報告における問題点
4.3.2カーボン材料の構造と水素貯蔵量との関係
4.4水素貯蔵性能向上に関する最近の研究
4.5おわりに
第3章有機ハイドライド技術と展開
1有機ハイドライドを利用する水素貯蔵・運搬技術と展開(市川勝)
1.1はじめに
1.2水素の貯蔵と供給システムと貯蔵材料の選択
1.3有機ハイドライドの化学と触媒開発
1.3.1有機ハイドライドの化学特性と水素貯蔵性能
1.3.2有機ハイドライドの水素供給能と反応性の評価
1.3.3高性能ナノ触媒とマイクロリアクターの開発
1.3.4パルス噴霧式触媒反応器の技術開発
1.3.5有機ハイドライド利用技術と実用化開発
1.4まとめと将来展望
2有機化合物の水素化および脱水素反応と触媒―水素貯蔵と熱の回生利用―(斉藤泰和)
2.1有機ハイドライドを用いる水素の貯蔵と熱の化学的回生
2.2有機化合物の水素化および脱水素に用いる触媒
2.3低温度域で活性の高い脱水素触媒
2.4低品位廃熱の化学的回生
3超臨界二酸化炭素と金属ナノ触媒を利用する有機ハイドライド合成技術(白井誠之,日吉範人)
3.1はじめに
3.2超臨界流体
3.3超臨界二酸化炭素と固体触媒を利用する超臨界水素化システム
3.4芳香族炭化水素の超臨界水素化反応
3.5ナフタレンの超臨界水素化反応
3.6ビフェニルの超臨界水素化反応
3.7おわりに
4炭化水素系水素貯蔵材料からの水素回収と水素分離精製技術(伊藤直次)
4.1はじめに
4.2炭化水素系水素貯蔵材料とその問題点
4.3膜法による水素分離回収と透過膜
4.3.1多孔質膜
4.3.2非多孔質膜
4.3.3気体分離膜の透過特性
4.3.4多孔質膜と金属膜との比較
4.3.5複合膜と欠陥
4.4ナフテン系水素貯蔵材料からのメンブレンリアクターによる水素回収
4.4.1メンブレンリアクター
4.4.2水素透過速度試験
4.4.3シクロヘキサンからの水素回収
4.5おわりに
5石油精製における有機ハイドライドシステムの有効利用(梅沢順子、中村博幸)
5.1はじめに
5.2製油所水素源とその貯蔵
5.3石油製品由来の芳香族炭化水素源
5.4有機ハイドライドの輸送
5.5メチルシクロヘキサンを用いた固定床流通式反応器での脱水素反応
5.6リサイクル
5.7経済性評価
5.8将来の展開と課題
6有機ハイドライドを利用する風力発電水素の貯蔵・運搬技術の応用展開(奥田誠、櫻元正)
6.1はじめに
6.2風力発電電力と水電解装置による水素製造
6.3有機ハイドライドによる水素貯蔵・供給システム
6.4水添装置の開発
6.5脱水素装置と水素の利用
6.6風力水素システムの可能性
6.7おわりに
7有機ハイドライドを利用する再生型水素燃料電池の開発(市川勝)
7.1はじめに
7.2有機ハイドライドを利用する再生型水素燃料電池の研究開発
7.3有機ハイドライド直接型燃料電池の出力特性
7.4有機ハイドライドの選択と出力性能の改良
7.5有機ハイドライド直接燃料電池の充電性能
7.6有機ハイドライド再生型水素燃料電池の特徴と応用
7.7再生型水素燃料電池の実用化開発と展開
7.8おわりに
第4章金属錯体ナノポーラス材料の精密設計と機能開発
1ナノポーラス金属錯体の材料合成と機能展開(北川進、植村一広)
1.1はじめに
1.2多孔性配位高分子の細孔設計性と高い細孔表面積
1.3ガス吸着能を有する多孔性配位高分子
1.4水素吸着能を有した多孔性配位高分子
1.5高圧下での水素の導入
1.6多孔性配位高分子の水素吸着サイト
1.7多孔性配位高分子の水素吸着目標値と現状
1.8おわりに
2金属錯体細孔材料の分子設計と分子吸着・触媒材料への展開(森和亮、竹井徹、佐藤智彦)
2.1はじめに
2.2多孔性金属(II)錯体を用いた天然ガス貯蔵
2.3多孔性金属(II)錯体を用いた水素貯蔵剤
2.4多孔性ロジウム(II)錯体を用いた水素化触媒反応
2.4.1カルボン酸ロジウム(II)錯体によるオレフィンの水素化反応
2.4.2メタロポルフィリンを含むテトラカルボン酸ロジウム(II)錯体によるオレフィン水素化反応
2.4.3メタロポルフィリンを含むテトラカルボン酸ロジウム(II)錯体によるCO2の水素化反応
3π電子系分子の自己組織化による中空ナノ構造体の構築とその機能(山本拓矢、福島孝典、相田卓三)
3.1はじめに
3.2両親媒性HBC誘導体の設計とナノチューブの構築
3.3ナノチューブの電気特性
3.4表面重合による自己組織化ナノチューブの構造安定化
3.5ラセンキラリティーを有するナノチューブ
3.6光電導性を有するナノチューブ
3.7水分散性ナノチューブによるアニオンの捕捉
3.8おわりに
第5章ガスハイドレートと最近の展開(成田英夫、海老沼孝郎、皆川秀紀)
1はじめに
2ガスハイドレートの基礎物性
2.1ガスハイドレートの構造
2.2ガスハイドレートの生成過程と関連する物性
3天然ガスハイドレート貯蔵・輸送のための製造技術開発
4ガスハイドレートによるガス分離と応用技術
5化学反応への利用
第6章水素社会に向けた水素インフラ技術開発
1有機ハイドライドを活用する”水素ハイウェー構想”(市川勝)
1.1水素・燃料電池社会に向けての水素インフラ技術の必要性
1.2水素は電気とエネルギーの運び手
1.3電線のいらない水素社会の暮らし
1.4有機ハイドライドを活用する「水素ハイウェー」の構築
1.5水素エネルギーを活用する地域開発の展開
2水素貯蔵技術の環境特性に関するシステム評価(本藤祐樹)
2.1はじめに
2.2ライフサイクル分析/評価の必要性
2.3有機ハイドライドを用いた水素貯蔵技術の環境特性
2.3.1対象システムの概略
2.3.2CO2排出量の推計方法
2.3.3対象技術システムを構成するプロセス
2.3.4推計結果
2.3.5改善分析
2.4他の水素貯蔵技術との比較検討
2.5システム全体を考慮した評価の重要性と今後の課題
3水素社会に向けての国内外の水素エネルギー開発状況(市川勝)
3.1北欧の再生可能エネルギーを活用する水素社会の取り組み
3.2アメリカにおける水素プロジェクト
3.3英国と中部ヨーロッパにおける水素プロジェクト
3.4国内での水素プロジェクトと展開
3.5国内自治体が進める水素プロジェクトの動向
4水素社会に向けての地域開発と町づくり(小池田章)
4.1地球温暖化は身近で重要な問題
4.2新エネルギーと代替エネルギー
4.3エネルギー資源の確保
4.4エネルギー選択の価値観
4.5新エネルギーに取り組むまち
4.5.1青森県「環境・エネルギー・産業創造特区」
4.5.2葛巻町(岩手県)「くずまきの環境は未来の子供たちへの贈りもの」
4.5.3稚内新エネルギー研究会「日本最先端の街から世界最先端の街へ」
4.6水素社会の必要性と近づける道
4.7官民連携(PPP Public Private Partnership)
4.8地域間連携(Local to Local)
4.9水素自動車も水素社会のけん引役
4.10水素社会を作り上げていくこと

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