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資源・環境
( A056 )

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~

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~

【監修】
東京理科大学 杉本 裕

発刊日
2010年07月07日
体裁
B5判上製本 370頁
ISBN
978-4-903413-90-7
Cコード
3058
価格(税込)
64,800
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冊数:
PDFパンフレット(A056 書籍「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~」)

著者リスト

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 (株)日立製作所
丹 康雄 北陸先端科学技術大学院大学

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。(杉本 裕 「はじめに」より抜粋/一部変更)

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
  2.4 CCS-CDM
 3.2050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
 1. CO2の排出状況
 2. CO2分離回収技術
  2.1 CO2分離回収技術の適用プロセスによる分類
  2.2 CO2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
  2.3 CO2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
  3.2 CO2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
   1.1 FexO(ウスタイト)を用いた研究
   1.2 Fe3O4(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
  1. 2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
  1. CO2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
  2. PPCの複合化による高性能化の実現
   2.1 PPC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
  1. CO2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
   2.4 CO2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
    3.2.1 EC製造工程(反応1)
    3.2.2 DMC,MEG製造工程(反応2)
    3.2.3 DPC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
  2.PLA
   2.1 PLAの生産
   2.2 PLAの材料特性
   2.3 PLA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
   6.1 MTG プロセス
   6.2 ジメチルエーテル(DME)
   6.3 LPG
  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
  3. CO2を原料とするDMC合成における触媒開発(2005年以前)
  4. CO2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−
  6. CO2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
  1. CO2/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
  2. CO2/H2Oリフォーミング触媒の特徴
  3. GTLプラントへの適用
  4. CO2/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
  2. scCO2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
  4. CO2/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
  2. CO2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
    1.1.1 RESS法
    1.1.2 PGSS法
   1.2 緩速膨張法
   1.3 貧溶媒添加法
    1.3.1 GAS法
    1.3.2 SAS法
    1.3.3 SEDS法
   1.4 その他の微粒子創製技術
  2. RESS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
  4. VOC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
   4.2 ACF(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
   2.4 CO2分離回収に必要なエネルギーとコスト
  3. CO2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
   1.1 2050年に向けた環境・エネルギーの取組み
  2. 3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
   2.1 3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
   2.3 CO2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
   2.7 ICT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