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有機ハイドライド・アンモニアの合成と利用プロセス

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Processes for Production and Utilization of Organic Hydride and Ammonia

★水素エネルギーキャリアとして最有力視される「有機ハイドライド」と「アンモニア」!
★各種キャリアの水素化・脱水素化プロセス,実用化に向けたシステム化について詳述!
★基礎化学品としても重要なアンモニアの脱ハーバー・ボッシュ法に向けた動向もわかる!

商品コード:
T1178
監修:
関根 泰
発行日:
2021年4月12日
体裁:
B5判、344ページ
ISBNコード:
978-4-7813-1600-0
価格(税込):
68,200
会員価格(税込):
61,380
ポイント: 558 Pt
関連カテゴリ:
ファインケミカル
地球環境
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ファインケミカル > 触媒・酵素・天然物
地球環境 > 省エネルギー・クリーンエネルギー
ファインケミカル > 合成技術・製造プロセス開発

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キーワード:

地球温暖化対策 / SDGs / 温室効果ガス / 二酸化炭素 / 脱炭素 / 脱石油 / 水素 / クリーンエネルギー / エネルギーキャリア / 輸送 / 貯蔵 / 有機ハイドライド / トルエン / メチルシクロヘキサン / アンモニア / 電解合成 /自然エネルギー / 人工光合成 / 触媒 / プラズマ / 低温 / 常温 / 常圧 /膜反応器 / 水素ステーション / サプライチェーン / 経済性 / 安全性

刊行にあたって

 日本政府は,グリーンイノベーション戦略などを基に2050年温暖化ガス排出実質ゼロを目標として定めた。これに伴い,エネルギーの分野では電化並びに水素利用が重要なものとなる。(中略)水素はそれ自体で10万J/gを超える重量エネルギー密度を有するが,ガス体では体積密度を上げることが困難である。また,我が国は都市ガスのパイプライン網が脆弱であるのみならず,13A転換の苦労の記憶が残る中,ハイタン(都市ガス導管への水素混合)は忌避されており,水素のガス体としての輸送利用は困難を極める。(中略)
 有機ハイドライドの最大のメリットは備蓄性の高さ,民生でのハンドリングのしやすさであり,最大の欠点はトルエンを水素化サイトへと運ぶ必要性,ならびに水素利用時に300~350度の熱が必要な点である。アンモニアの最大のメリットは大気と水と電気があればどこでも作れ,燃やしたり分解したりして利用したあとに何も残らないこと,最大の欠点はその高い毒性と強い臭気(=民生でのハンドリングのしにくさ)であろう。これらを踏まえ,適材適所でのエネルギーキャリア利用が望まれる。
 どれが良い,というものではなく,それぞれの利点欠点を踏まえた効率的な利用が期待される。
(本書「はじめに」より抜粋)

著者一覧

関根泰  早稲田大学
岡崎健  東京工業大学 
飯田重樹  (一財)エネルギー総合工学研究所 
中山穣  横浜国立大学 
三宅淳巳  横浜国立大学 
光島重徳  横浜国立大学 
長澤兼作  横浜国立大学 
熱海良輔  (国研)産業技術総合研究所 (現 長岡工業高等専門学校) 
辻村拓  (国研)産業技術総合研究所 
山中一郎  東京工業大学 
嶺岸耕  東京大学 
藤田健一  京都大学 
渡部綾  静岡大学 
福原長寿  静岡大学 
古川森也  北海道大学 
神田康晴  室蘭工業大学 
永金雅浩  ㈱フレイン・エナジー 
有川英一  ㈱フレイン・エナジー 
奥田誠  ㈱フレイン・エナジー 
瀬下雅博  (公財)地球環境産業技術研究機構 
中尾真一  (公財)地球環境産業技術研究機構 
堀越智  上智大学 
岡田佳巳  千代田化工建設㈱ 
鍛冶尚弘  千代田化工建設㈱;次世代水素エネルギーチェーン技術研究組合
壱岐英  ENEOS ㈱ 
佐藤勝俊  京都大学 
永岡勝俊  名古屋大学 
眞中雄一  (国研)産業技術総合研究所;東京工業大学 
小林慶祐  (国研)産業技術総合研究所 
難波哲哉  (国研)産業技術総合研究所 
田辺資明  東京大学大学院 
西林仁昭  東京大学大学院 
北野政明  東京工業大学 
細野秀雄  東京工業大学 
小林洋治  京都大学 
陰山洋  京都大学 
白石康浩  大阪大学 
平井隆之  大阪大学 
押切友也  北海道大学 
三澤弘明  北海道大学 
伊藤靖彦  アイ’エムセップ㈱ 
里川重夫  成蹊大学 
水谷優太  早稲田大学  
岩本正和  早稲田大学 
古澤毅  宇都宮大学 
伊藤直次  宇都宮大学 
室山広樹  京都大学 
松井敏明  京都大学 
山﨑勇英  ㈱日本触媒 
足立貴義  大陽日酸㈱ 
神原信志  岐阜大学 
小島由継  広島大学 
藤村靖  日揮グローバル㈱

目次+  クリックで目次を表示

第Ⅰ編 総 論
第1 章  水素エネルギーシステムの社会導入に向けた技術開発シナリオ
1 はじめに
2 水素社会の定義と実現のための課題
3 水素のエネルギー媒体としての優位性
4 水素エネルギー導入の意義とこれまでの関連プロジェクト
5 燃料電池以外の水素の利活用
6 日本の水素基本戦略とCO2フリー水素の利用拡大に向けた方向性
7 海外からのCO2フリー水素サプライチェーンと水素キャリア
8 まとめ

第2 章 水素エネルギーキャリアの経済性分析  
1 はじめに
2 分析の方法
3 分析事例の紹介
4 まとめ

第3 章 水素エネルギーキャリアの安全性評価  
1 はじめに
2 社会総合リスクアセスメント
3 水素エネルギーキャリアの社会総合リスクアセスメント
3. 1 社会総合リスクに基づく水素エネルギーキャリアのリスク特定
3. 2 水素エネルギーキャリアの安全性評価
4 まとめ

第Ⅱ編 有機ハイドライド
<水素化>
第1 章 有機ハイドライド電解合成法  
1 はじめに
2 有機ハイドライド電解合成法の原理
3 酸素発生電極(アノード)
4 電解質膜およびアイオノマー
5 カソード触媒材料と電解水素化の電極反応
6 カソード側の流路構造と電流効率の関係
7 まとめ

第2 章 Ni触媒によるトルエン水素化反応  
1 芳香族水素化反応プロセス
2 Ni触媒を用いたトルエン水素化反応
3 低品位水素を用いたトルエン水素化反応
3. 1 水蒸気に対する水素化触媒の失活
3. 2 CO2共存水素を用いたトルエン水素化反応
3. 3 無機ガス不純物がトルエン水素化反応速度に与える影響
4 総括

第3 章  非白金電極触媒によるトルエン電解水素化反応
1 はじめに
2 実験方法
3 貴金属触媒の比較
4 RuとIrの協奏効果

第4 章  メンブレン一体型光触媒シートによる人工光合成的メチルシクロヘキサン生成
1 はじめに
2 光電気化学反応
3 粒子転写法による光触媒シート
4 メンブレン一体型光触媒シートによるMCH生成
5 今後の展望

第5 章  イリジウム触媒による有機ハイドライドの水素化・脱水素化反応
1 はじめに
2 イリジウム触媒による有機ハイドライドの水素化・脱水素化反応
2. 1 テトラヒドロキナルジンを用いる水素貯蔵法
2. 2 ジメチルデカヒドロナフチリジンを用いる水素貯蔵法
2. 3 ジメチルピペラジンを用いる水素貯蔵法
3 おわりに

<脱水素>
第6 章  構造体触媒反応場による有機ハイドライドの脱水素システムの開発
1 有機ハイドライドを用いた水素貯蔵・運搬システム
2 メチルシクロヘキサンの脱水素触媒の開発動向
3 構造体触媒反応システム
4 粒状触媒とハニカム型構造体触媒の脱水素特性の比較
5 おわりに

第7 章  メチルシクロヘキサン脱水素に高い活性・選択性・耐久性を示すPt系合金触媒

第8 章 貴金属リン化物触媒の脱水素活性
1 はじめに
2 NM—P/SiO2触媒のMCH脱水素活性
3 P/Rh/Al2O3触媒のMCH脱水素活性
3. 1 P/Rh 比がP/Rh/Al2O3触媒の脱水素活性に与える影響
3. 2 反応温度がP/Rh/Al2O3触媒の脱水素活性に与える影響
3. 3 水素分圧がP/Rh/Al2O3触媒の脱水素活性に与える影響
4 金属のリン化による脱水素活性向上のメカニズムに関する考察
5 おわりに

第9 章  有機ハイドライドからの脱水素・水素精製用膜反応器
1 はじめに
2 膜反応器の種類と応用
3 水素分離膜
3. 1 パラジウム膜
3. 2 シリカ膜
4 有機ハイドライドからの脱水素用膜反応器
4. 1 水素選択透過膜の長尺・大面積化
4. 2 耐久性
4. 3 膜反応器のモジュール構造
5 おわりに

第10 章 マイクロ波有機ハイドライド法 
1 電子レンジを使っていますか?
2 エネルギーとしてのマイクロ波
3 マイクロ波の加熱機構
4 マイクロ波科学
5 マイクロ波有機ハイドライド法
6 マイクロ波選択加熱の導入
7 マイクロ波有機ハイドライド法の実践と障害
8 マイクロ波触媒の条件
9 マイクロ波有機ハイドライド法の効率と特徴
10 スケールアップ
11 最後に

<システム化>
第11 章  有機ハイドライドによる水素貯蔵・輸送・供給システム
1 背景
2 全体のフロー
3 有機ハイドライドとは
4 有機ハイドライドの種類
5 フレイン・エナジーの実績
5. 1 平成13年〜17年
5. 2 平成18,19年度 水添装置の開発,実証
5. 3 平成19,20年度 脱水素装置の車載,走行実証
5. 4 平成20年 稚内での公開実証
5. 5 平成25年 30 Nm3/h規模の装置納入及び公開模擬実験
5. 6 平成27~令和元年度 水素社会構築技術開発事業「北海道における再生可能エネルギー由来不安定電力の水素変換等による安定化・貯蔵・利用技術の研究開発」
6 水素貯蔵システム:水添装置
6. 1 装置構成
6. 2 フレイン・エナジー水添装置の特徴
7 貯蔵・輸送
8 供給システム:脱水素装置
8. 1 装置構成
8. 2 フレイン・エナジー脱水素装置の特徴
9 有機ハイドライド関連法規
10 まとめ,展望

第 12 章 “ SPERA水素Ⓡ”システムによる国際間水素サプライチェーン実証
1 はじめに
2 SPERA水素システム
2. 1 システムの概要
2. 2 SPERA水素システムの特長
3 国際間水素サプライチェーン実証
3. 1 概要
3. 2 技術研究組合
3. 3 国際間水素サプライチェーンの各工程
3. 3. 1 水素貯蔵工程
3. 3. 2 輸送工程
3. 3. 3 水素発生工程
3. 3. 4 水素利用工程
4 まとめ

第13 章  有機ハイドライドを用いた世界初国際間水素サプライチェーン実証
1 チェーン実証の概要と遂行スキーム
1. 1 チェーン実証概要
1. 2 遂行スキーム
2 実証スケジュール
3 研究項目
4 実証実績
5 将来展望
5. 1 実用化・事業化の考え方
5. 2 波及効果

第14 章  再生可能エネルギーと有機ハイドライドを用いた水素サプライチェーンの実証
1 はじめに
2 福島県の水素サプライチェーン実証
2. 1 事業概要
2. 2 水電解・水素化システム
2. 3 水素化触媒反応の制御手法
2. 4 次世代コジェネシステムの実証内容
3 おわりに

第15 章  水素ステーション向け有機ハイドライド脱水素システムの小型化・パッケージ化
1 緒言
2 FCV・水素ステーションの普及・展開
3 有機ハイドライドによるFCVへの水素供給
4 水素ステーション向け脱水素技術の開発
4. 1 脱水素触媒の開発
4. 2 脱水素システムの開発
4. 3 300 Nm3/h商用システムの設計
4. 4 有機ハイドライド技術における水素精製技術
5 有機ハイドライド型水素ステーションの設計と安全性検証
5. 1 有機ハイドライド水素ステーションの安全性検証と技術基準整備の必要性
5. 2 脱水素システムの安全性
5. 3 トルエンタンクおよびトルエン回収工程の安全性
5. 4 有機ハイドライド型水素ステーションの設計
6 結言

第Ⅲ編 アンモニア
<水素化>
第1 章  希土類酸化物担持Ru触媒によるアンモニア合成
1 Ru系アンモニア合成触媒
2 酸化プラセオジム(Pr2O3)担持ルテニウム触媒
3 複合希土類酸化物担持Ru触媒
4 Ru/La0.5Ce0.5O1.75へのBa添加効果
5 おわりに

第2 章  再生可能エネルギー由来水素によるアンモニア合成に向けたRu触媒開発
1 再生可能エネルギー水素によるアンモニア合成
2 常圧アンモニア合成におけるRu/CeO2触媒前駆体の影響
3 常圧アンモニア合成におけるCeO2調製法の影響
4 CeO2還元性と活性との関係
5 Ru/CeO2触媒による高圧アンモニア合成
6 まとめ

第3 章  遷移金属錯体触媒による常温常圧でのアンモニア合成
1 はじめに
2 遷移金属錯体上での窒素の活性化による化学量論量のアンモニア,ヒドラジンの合成
3 遷移金属錯体を触媒とする常温常圧でのシリルアミンの合成
4 三脚型四座配位子を有するモリブデン錯体を触媒とする常温常圧でのアンモニア合成
5 ピンサー配位子を有するモリブデン錯体を触媒とする常温常圧でのアンモニア合成
6 モリブデン以外の遷移金属を触媒とする温和な条件下でのアンモニア合成
7 ヨウ化サマリウムを還元剤,水をプロトン源として用いた,モリブデン錯体を触媒とする常温常圧でのアンモニア合成
8 結論

第4 章  エレクトライド及びその関連物質を利用したアンモニア合成
1 はじめに
2 12CaO・7Al2O3(C12A7)エレクトライド触媒
3 金属間化合物エレクトライド触媒
4 ヒドリド化合物担持Ru触媒
5 格子窒素を利用した非Ru触媒
6 おわりに

第5 章 ヒドリド化合物を用いたアンモニア合成  
1 はじめに:ヒドリド化合物の種類とMars van Krevelen機構
2 アルカリ水素化物担持触媒
3 その他の金属水素化物・酸水素化物からなる触媒
4 エレクトライド化合物触媒との関連
5 結言

第6 章  光触媒による窒素ガスからの人工光合成型アンモニア合成
1 はじめに
2 表面欠陥
3 TiO2
4 グラファイト状窒化炭素
5 金属オキシクロリド
6 人工光合成反応としてのNH3製造
7 おわりに

第7 章  プラズモンを用いた可視光応答型光アンモニア合成
1 はじめに
2 プラズモンを用いた光アンモニア合成
3 プラズモン陽極を用いた可視光応答型光アンモニア合成
4 モード強結合光陽極および大面積陰極を用いた光アンモニア合成
5 おわりに

第8 章 常圧アンモニア電解合成
1 はじめに
2 溶融塩を用いた常圧アンモニア電解合成
3 本電解合成法の優位性
4 今後の展望と課題
5 おわりに

第9 章 固体電解質を利用したアンモニア電解合成  
1 はじめに
2 固体電解質の種類と性質
2. 1 作動機構による分類
2. 2 アンモニア電解合成の熱力学的考察
3 セラミックス系電解質を用いた高温電解合成
3. 1 プロトン伝導性固体電解質の発見とアンモニア電解合成への応用
3. 2 電解セルの高性能化とアンモニア生成挙動
3. 3 反応機構に関する検討
4 リン酸塩系電解質を用いた中温合成
4. 1 リン酸塩系プロトン伝導性固体電解質の応用
4. 2 水素透過膜型セルの開発
5 固体高分子膜を用いた低温合成
6 現状と課題

第10 章  電場触媒反応による低温・オンデマンド駆動可能なアンモニア合成
1 アンモニア合成と電場触媒反応
2 電場印加による低温域でのアンモニア合成
3 活性金属の序列の変化
4 Fe 系担持触媒による電場アンモニア合成活性の向上
5 結論と今後の展望

第11 章  プラズマ触媒反応によるアンモニアの常温常圧合成
1 はじめに
2 活性化窒素種の検出,同定,反応性解明
3 内部電極として金属細線を用いた場合の触媒活性
4 金属酸化物をプラズマ空間に充填した場合の触媒活性
5 速度論的検討
6 おわりに

<脱水素>
第12 章  低温でアンモニアを分解するRu系触媒・プロセスの開発
1 はじめに
2 アンモニア分解用希土類酸化物担持Ru触媒の開発
3 コールドスタート型アンモニア酸化的分解プロセスの構築
4 おわりに

第13 章  Cs—Ru/CeO2球状触媒充填膜反応器を用いたアンモニアからの水素製造
1 はじめに
2 Cs—Ru/CeO2球状触媒の開発
2. 1 Cs—Ru/CeO2粒状触媒
2. 2 Cs—Ru/CeO2球状触媒
3 水素分離膜の開発
3. 1 管状Pd 複合膜の作製
3. 1. 1 白金金属層の担持
3. 1. 2 CVD 法によるパラジウムの製膜
3. 2 水素透過試験
4 膜反応器の性能
5 おわりに

第14 章 Ni系触媒によるアンモニアからの水素製造  
1 はじめに
2 Ni系触媒におけるアンモニア分解反応の律速段階と反応サイト
3 担体材料が反応へ与える影響
4 添加成分が反応へ与える影響
5 まとめ

第15 章  オートサーマル接触分解(ATR)を利用したアンモニア分解触媒
1 はじめに
2 アンモニア分解触媒について
2. 1 アンモニア分解活性および水の反応阻害の影響について
2. 2 ATRアンモニア分解反応について
2. 3 ATRアンモニア分解触媒の起動性について
2. 4 ATRアンモニア分解触媒の耐久性について
3 ATRアンモニア分解反応の速度解析
3. 1 ATRアンモニア分解反応の反応速度式
4 おわりに

第16 章  アンモニア分解ガスからのVPSA式水素精製装置 
1 はじめに
2 燃料電池自動車用水素
2. 1 FCV用水素燃料の規格
3 アンモニア分解水素
4 水素の精製技術
5 VPSA式水素精製装置
5. 1 VPSAによる窒素・メタンの除去
5. 2 PSAプロセスの検討
6 水素精製パイロット装置
6. 1 パイロット試験装置によるPSA試験
6. 2 排気ガス供給設備の開発
7 まとめ

第17 章  プラズマによるアンモニアからの純水素製造とその応用
1 はじめに
2 アンモニアからの純水素製造
2. 1 プラズマメンブレンリアクター(PMR)の構成と原理
2. 2 触媒とゼオライト充填PMRによるアンモニアからの純水素製造
3 プラズマメンブレンリアクターの応用
3. 1 アンモニア排水からの純水素製造
3. 2 内燃機関用のアンモニア/水素混合燃料製造装置
4 おわりに

<システム化>
第18 章  アンモニアを用いた水素ステーション基盤技術
1 はじめに
2 燃料電池自動車(FCV)用燃料としてのアンモニア
3 SIPエネルギーキャリア,アンモニア水素ステーション基盤技術
4 高純度水素製造の要素技術開発
4. 1 アンモニア分解技術(触媒と1 Nm3/hスケールのアンモニア分解装置)
4. 2 微量アンモニア除去材料とアンモニア除去装置(1 Nm3/hスケール)
4. 3 水素精製(窒素除去)技術と水素精製(窒素除去)装置(1 Nm3/h)
4. 4 水素純度と水素変換効率
5 高効率水素製造の要素技術開発
5. 1 オフガス供給装置付き高効率4塔式水素精製装置の開発
5. 2 熱供給装置付きマイクロチャンネル型アンモニア分解装置の開発
5. 3 水素変換効率の改良
6 FCV用水素燃料コスト
7 おわりに

第19 章  CO2フリーアンモニアを用いたエネルギーサプライチェーンの実証
1 CO2フリーアンモニアを用いたエネルギーサプライチェーンの全体像
2 ブルーアンモニア製造技術
3 グリーンアンモニア製造技術
4 グリーンアンモニア製造実証
4. 1 実証試験装置の概要
4. 2 触媒性能の評価
4. 3 負荷変動運転試験
4. 4 グリーンアンモニア製造試験
5 CO2フリーアンモニアを用いたエネルギーサプライチェーンの社会実装に向けて

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