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CO2固定化・隔離技術

(2000年『CO2固定化・隔離の最新技術』普及版)

商品コード: B0786

  • 監修: 乾智行
  • 発行日: 2006年8月
  • 価格(税込): 4,104 円
  • 体裁: A5判、274ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-893-4

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刊行にあたって

 本書は,二酸化炭素の化学的変換と大量隔離の最新技術について,斯界の第一線で活躍中の多数の研究者によって,執筆されたものである。
 1972年のローマクラブによる報告『成長の限界』に,すでにCO2の大気圏への蓄積による地球温暖化の警告が行われている。この予見を重視して,ただちに,少数ではあったが,CO2変換の研究に着手した研究者も確かにあった。しかし,地球温暖化の懸念に対して国際的な規模で本格的に取り組まれるようになるには,さらに四半世紀を要した。この間にも地球上の人口は,十数億人も増加して現在60億人に達し,なお増加が続く傾向にある。また,この間に起こった,宇宙衛星を媒介する情報技術の著しい進歩は,世界中の知識の均質化を促し,それがさらに人々の生活向上への強い期待を生むようになった。数億人にも満たない先進国の営みを支えるエネルギー消費に伴って生み出されるCO2は,すでに全発生量のおよそ半分を占めるが,今後は,開発途上国の希求する生活向上をまかなうエネルギー需要,すなわちCO2排出量の増加が上積みされてくる。
 このような情勢下に,CO2問題打開に取り組む経済的余裕と技術開発力を発揮できる国家は,どれほど数えられるのであろうか。少なくとも過去10年の実績から判断すれば,高々,数カ国に過ぎない。我が国は常にその先頭に立ってきた。欧米諸国の研究者から,「日本の研究,見通しが甘い」などの批判を受けつつも,依然ダイアモンドヘッドの役割を果たす日本の学術,技術の水準と先駆的成果を手掛かりとして,ようやく欧米諸国や韓国などでも熱心な研究が行われるようになってきている。1997年12月,京都で開催された第3回地球温暖化防止会議(COP3)を受けて,我が国でも様々な政策レベルでの整備が進められている(たとえば,CO2・リサイクル対策総覧,技術編(1998),ならびに環境経営・政策・制度編(1999),中山唯義編集,発行所(株)マイガイヤ,発売元(株)通産資料調査会)。しかし,肝心の技術的打開策についての具体的な記述に関するものは,まだ,ほとんど欠落しているのが現状である。
 詳しくは,本書第1章の総論に記述するが,本書は,専心して研究に従事されている研究者をあらん限り網羅して,最近の水準を提供する最初の総合的,技術解説書で,第1章総論のあと,第1部(第2章から第5章まで)生化学的変換方法編から始まり,つづく第2部物理化学的方法編では,分離(第6章)と隔離(第7~9章)を解説し,第3部化学的方法編では,光化学(第10章),電気化学・光電気化学(第11章),超臨界条件下変換(第12章),有機合成(第13章),高分子合成(第14章),直接分解(第15章),接触水素化(第16章)など,幅広い分野の記述を行う。第4部では,変換システムの経済評価(第17章)と複合変換システム構想(第18章)を扱う。
 本書が,新世紀に向けて,ますます切実となるCO2の低減,隔離,循環利用などの要請に対して,技術進展のための手掛かりとなり,支えとなることを期待する。
2000年1月  京都大学名誉教授 乾 智行

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2000年1月に『CO2固定化・隔離の最新技術』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2006年8月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

乾 智行   京都大学名誉教授;大同ほくさん(株) 最高顧問
         (現)京都大学名誉教授;エア・ウォーター(株) 最高顧問
湯川英明   (財)地球環境産業技術研究機構 微生物分子機能研究室
道木英之   東洋エンジニアリング(株) 技術研究所 環境技術G
宮本和久   大阪大学大学院 薬学研究科 教授
         (現)大阪大学 海外拠点本部 特任教授;バンコクセンター長
藏野憲秀   (株)海洋バイオテクノロジー研究所 釜石研究所
北島佐紀人   (財)地球環境産業技術研究機構 植物分子生理研究室
         (現)京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 助手
富澤健一   (財)地球環境産業技術研究機構 植物分子生理研究室
         (現)(財)地球環境産業技術研究機構 植物研究グループ 主席研究員
横田明穂   奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス科 教授
松永 是   東京農工大学 工学部 生命工学科 教授
         (現)東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 教授
竹山春子   東京農工大学 工学部 生命工学科 助教授
         (現)東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 教授
真野 弘   (財)地球環境産業技術研究機構 化学的(有)固定化研究室
         (現)(財)地球環境産業技術研究機構 化学研究グループ 主任研究員
松本公治   関西電力(株) 総合技術研究所 環境技術研究センター
         (現)関西電力(株) 環境室 環境技術グループ マネジャー
三村富男   関西電力(株) 総合技術研究所 環境技術研究センター
         (現)関西電力(株) 電力技術研究所 環境技術研究センター 主席研究員
飯島正樹   三菱重工業(株) 化学プラント技術センター
光岡薫明   三菱重工業(株) 広島研究所
大隅多加志   (財)電力中央研究所 我孫子研究所 上席研究員
増田重雄   地球環境産業技術研究機構 CO2海洋隔離プロジェクト室
         (現)(独)科学技術研究機構 「水の循環系モデリングと利用システム」研究事務所 技術参事
小出 仁   工業技術院 地質調査所 環境地質部
         (現)早稲田大学 理工学総合研究センター 客員教授
鈴木 款   静岡大学 理学部 教授
         (現)静岡大学 創造科学技術大学院 教授
田中晃二   岡崎国立共同研究機構 分子科学研究所 教授
柳田祥三   大阪大学大学院 工学研究科 教授
         (現)大阪大学 先端科学イノベーションセンター 特任教授
北村隆之   大阪大学大学院 工学研究科 助手
和田雄二   大阪大学大学院 工学研究科 助教授
         (現)岡山大学 大学院自然科学研究科 教授
榧木啓人   東京工業大学大学院 理工学研究科
碇屋隆雄   東京工業大学大学院 理工学研究科 教授
佐々木義之   資源環境技術総合研究所 温暖化物質循環制御部
         (現)(独)産業技術総合研究所 バイオマス研究センター 総括研究員
杉本 裕   東京理科大学 工学部 工業化学科 助手
         (現)東京理科大学 工学部 工業化学科 講師
井上祥平   東京理科大学 工学部 工業化学科 教授
滝田祐作   大分大学 工学部 応用化学科 教授
加藤三郎   (株)島津製作所 航空機器事業部 技術部
斉藤昌弘   資源環境技術総合研究所 温暖化物質循環制御部
         (現)(独)産業技術総合研究所 バイオマス研究センター テクニカルスタッフ
荒川裕則   工業技術院 物質工学工業技術研究所 基礎部
         (現)東京理科大学 工学部 工業化学科 教授
丹羽宣治   (財)地球環境産業技術研究機構 化学的CO2固定化研究室
鈴木栄二   (財)地球環境産業技術研究機構 環境触媒研究室
         (現)信州大学 繊維学部 精密素材工学科 教授

 執筆者の所属は,注記以外は2000年当時のものです。

目次

第1章 総論
1. はじめに
1.1 ロジスティックカーブの示す哲理―国境なき環境汚染
1.2 CO2変換無意味論を越えて
1.3 CO2変換についてのわが国での取り組みの経緯
2. 本書の構成と成り立ち―CO2問題への取り組みの新しい視点
2.1 大気圏・大洋中に拡散した希薄なCO2の,自然エネルギーによる固定化
2.2 大規模な固定発生源から排出される大量・高濃度のCO2を対象とする接触変換
2.3 CO2変換システム
2.4 CO2の隔離技術
3. おわりに

【CO2固定化・隔離の生物化学的方法 編】
第2章 バイオマス利用
1. 微生物機能によるCO2 on-site処理技術
1.1 CO2と地球環境問題
1.2 微生物機能とCO2 on-site処理
1.3 新規の微生物反応の発見とその応用
1.4 おわりに

2. バイオマス資源とCO2問題
2.1 はじめに
2.2 自然界におけるCO2の循環
2.3 バイオマスの特徴
2.4 バイオマス資源と生産と利用
2.4.1 バイオマス資源量
2.4.2 利用可能なバイオマス量とその特質
2.4.3 光合成による植物の生産
2.4.4 植物による光エネルギー利用効率
2.5 バイオマス変換技術とその展望
2.6 バイオマス利用の研究開発動向
2.7 おわりに

第3章 微細藻類によるCO2固定
1. はじめに
2. 海洋微細藻類によるCO2固定
3. 微細藻類の大量培養によるCO2固定技術
3.1 微細藻類によるCO2固定
3.2 高効率株の探索
3.3 高効率株の育種
4. 微細藻類バイオマスの変換・有効利用
4.1 有効利用の可能性
4.2 バイオマスエネルギーシステム
4.3 オイルへの変換
4.4 微細藻類バイオマスを原料とする水素生産
5. おわりに

第4章 植物の利用
1. はじめに
2. 砂漠環境下における植物と光合成
3. 活性酸素除去系の改善
4. RuBisCOの改良の試み
5. 光呼吸系の向上の試み
6. CO2濃縮機構の導入の試み
7. 気孔を介した蒸散とCO2取り込みの制御の改良
8. 耐塩性の向上の試み
9. 組み換え遺伝子の葉緑体ゲノムへの組み込み
10. 今後の技術的課題

第5章 海洋生物の利用
1. はじめに
2. 海洋生物のスクリーニング
2.1 シアノバクテリア16SrDNAにおける属特異的領域の検索
2.2 MAGDNAマイクロアレイシステムによる自動属判別システム
3. 海洋微細藻類によるCO2の有用物質への変換
3.1 円石藻によるCO2固定とコッコリス生産
3.2 高度不飽和脂肪酸の生産
3.2.1 海洋微細藻類Isochrysis galbanaによるDNA生産と応用
3.2.2 遺伝子組み換え技術を用いた海洋シアノバクテリアSynechococcus sp.によるEPAの生産
3.3 海洋シアノバクテリアOscillatoria sp.からのUV-A吸収物質
4. おわりに

【CO2固定化・隔離の物理化学的方法 編】
第6章 二酸化炭素の分離
1. 膜分離
1.1 はじめに
1.2 高分子膜の開発
1.3 促進輸送膜の開発
1.4 膜分離プロセスの検討
1.5 他の分離膜の開発状況
1.6 おわりに

2. 吸着分離
2.1 はじめに
2.2 CO2吸着分離プロセス
2.3 火力発電プラントでの試験例
2.4 おわりに

3. 化学吸収法による炭酸ガス分離技術
3.1 はじめに
3.2 化学吸収法の原理とパイロットプラントの構成
3.3 省エネ吸収剤の開発
3.3.1 化学吸収剤のCO2ローディング試験結果
3.3.2 吸収剤の反応熱試験結果
3.3.3 パイロットプラント試験結果
3.3.4 省エネ型吸収剤の開発の結論
3.4 石炭焚き条件試験結果
3.4.1 CO2吸収率試験
3.4.2 腐食試験
3.4.3 SO2濃度とばいじんの挙動
3.4.4 石炭焚き条件試験の結論
3.5 火力発電所と炭酸ガス分離プロセスの連結システム
3.5.1 タービン出力の減少
3.5.2 タービン出力減計算方法の概論
3.5.3 タービン出力減の計算手順
3.5.4 タービン出力減の計算結果と考察
3.5.5 タービン出力減計算の結論
3.6 おわりに

第7章 CO2の海洋隔離
1. はじめに
2. 技術のねらい
3. 技術の有効範囲はどこまでか
4. 技術開発目標の設定
5. 溶解型海洋隔離の科学的基礎
6. 「二酸化酸素の海洋隔離に伴う環境影響予測技術開発」の到達点
6.1 日本近海での海洋隔離に係る環境影響評価のための調査研究
6.2 CO2中層放流に伴う環境影響予測技術の開発
7. 研究の将来展望
8. まとめ

第8章 CO2の地中隔離
1. CO2地中隔離の意義
2. 枯渇油・ガス田および閉塞帯水層へのCO2地中隔離
3. 非閉塞帯水層へのCO2地中隔離
4. CO2の地中隔離能力と経済性
5. 温室効果ガス排出削減目標と地中隔離の役割
6. CO2の海洋低下隔離
7. CO2圧力による天然ガス回収(CO2-EGR)
8. 地中メタン生成細菌によるメタン再生

第9章 CO2鉱物隔離
1. はじめに
2. 炭酸塩生成による固定化
2.1 炭酸カルシウムの溶解度と沈殿:海水を用いる可能性
2.2 ケイ酸塩鉱物との反応による炭酸塩の生成
3. CO2・CO32-を含む鉱物生成による隔離
3.1 クラスラシル化合物による固定
3.2 ハイドロタルサイト型化合物によるCO2固定化
4. まとめ

【CO2固定化・隔離の化学的方法 編】
第10章 光化学的二酸化炭素還元反応
1. はじめに
2. 光化学的反応
3. Co錯体触媒によるCO2還元反応
4. レニウム錯体によるCO2還元反応
5. ルテニウム錯体によるCO2還元反応
6. 錯体媒体による光化学的CO2還元の問題点
7. おわりに

第11章 電気化学・光電気化学的二酸化炭素固定
1. はじめに
2. 電気化学的(電解)還元
2.1 基本的手法と評価
2.2 金属を陰極とする還元
2.3 電極触媒による低電位還元
2.4 電気化学的カルボニル化
3. 光電気化学的還元
3.1 化合物半導体光触媒によるCO2還元
3.2 光増感触媒によるCO2還元
3.3 有機分子へのCO2の可視光固定
4. 展望

12章 超臨界二酸化炭素を用いる固定化技術
1. はじめに
2. 無触媒カルボキシル化反応
3. 超臨界二酸化炭素の水素化反応
4. アルキンと二酸化炭素との還化反応によるピロン合成
5. 炭酸エステル合成
5.1 炭酸ジメチル合成反応
5.2 環状炭酸エステル合成
5.3 二酸化炭素とエポキシドの開環共重合
6. おわりに

第13章 CO2を利用する有機合成
1. はじめに
2. CO2の反応過程
3. CO2への求核反応
4. CO2の転位を伴う反応
5. 脱水縮合反応
6. CO2の付加反応
7. CO2生成反応
8. おわりに

第14章 高分子合成
1. はじめに
2. 二酸化炭素とエポキシドの共重合
2.1 有機亜鉛系触媒
2.2 無機亜鉛系触媒
2.3 構造明確な亜鉛錯体触媒
2.4 アルミニウム系触媒
2.5 希土類系触媒
3. 二酸化炭素とエポキシド以外の環状モノマーの共重合
3.1 二酸化炭素とオキセタンの共重合
3.2 二酸化炭素とエピスルフィドの共重合
3.3 二酸化炭素とアジリジンの共重合
4. 二酸化炭素と非極性炭化水素モノマーの共重合
4.1 二酸化炭素とジエンの共重合
4.2 二酸化炭素とジインの共重合
5. 二酸化炭素と極性ビニルモノマーの共重合
5.1 二酸化炭素とビニルエーテルの共重合
5.2 二酸化炭素,環状ホスホナイト,アクリルモノマーの三元共重合
6. 二酸化炭素とジアミンの縮合重合
7. 二酸化炭素とジオールのアルコキシドから生じるアルキルカルボナート塩と,ジハライドの出力の縮合重合

第15章 直接分解
1. CO2の直接分解
1.1 はじめに
1.2 プラズマによるCO2のCOへの分解
1.3 マグネタイトによる分解
1.4 金属マグネシウムによる分解
1.5 触媒法によるメタンを用いた分解

2. CO2のCH4による接触還元反応NASA技術とそのCO2固定化への応用
2.1 はじめに
2.2 NASAにおける閉鎖環境制御生命維持コンセプト
2.3 化学的固定基本反応
2.4 CO2のCH4による接触還元反応例
2.5 バイオマスエネルギーを利用したCO2固定化技術について
2.6 おわりに

第16章 触媒水素化
1. CO2の接触水素化によるメタノール合成奪取―NIRE/RITE共同研究を中心にして―
1.1 はじめに
1.2 メタノール合成の特徴や意義
1.3 メタノール合成反応の概念
1.4 NIRE/RITE共同研究開発の概要と主な成果
1.5 おわりに

2. エタノール,炭化水素合成
2.1 エタノール合成
2.1.1 はじめに
2.1.2 鉄―カリウム系固体触媒によるエタノールの高収率合成
2.1.3 ロジウム系固体触媒によるエタノールの高選択的合成
2.1.4 ルテニウム系錯体触媒によるエタノールの効率的な合成
2.2 炭化水素合成
2.2.1 はじめに
2.2.2 低級パラフィンの選択的合成
2.2.3 低級オレフィンの選択的合成
2.2.4 ガソリン留分の合成
2.3 おわりに

【CO2変換システム】
第17章 CO2変換システムと経済評価
1. システムの概念
1.1 はじめに
1.2 システムの構成
2. 概念設計
2.1 基本設備と施設計区分
2.2 システム設計のための前提条件
2.3 コスト算出基準
3. 設計結果
3.1 必要ユーティリティおよび建設素材
3.2 海上輸送システム
3.3 全体配置計画図
4. 自然エネルギーによる発電システムの概念設計
4.1 水力発電
4.2 太陽熱発電
4.3 太陽光発電
5. 本システムの建設費と経済性
5.1 設備建設コスト
5.2 コスト
6. 本システムの評価

第18章 CO2複合変換システム構想
1. はじめに
2. ソーラーハイブリッド燃料システムの提案
3. 太陽熱発電による水素生産
4. 太陽熱化学によるメタン改質反応とソーラーメタノール
4.1 太陽エネルギー効率
4.2 太陽熱化学のCO2排出抑制効果
5. 太陽熱化学による石炭の改質:ソーラーメタノールとソーラー水素生産
6. 太陽エネルギー化学工場の工学的考察 
7. まとめ
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