Review
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【特集】水素エネルギーの開発と利用
Development and Utilization of Hydrogen Energy
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アンモニアエコノミーの構築
Establishment of Ammonia Economy
小島由継(広島大学 先進機能物質研究センター センター長;教授)
-------------------------------------------------------------------------
低温熱化学水素製造
Thermochemical Hydrogen Production by Water‒splitting at Low Temperature
-------------------------------------------------------------------------
宮岡裕樹(サステナブル・ディベロップメント実践研究センター テニュアトラック講師(特任講師))
本論文では,熱化学水分解による水素製造を500 ℃以下の温度領域で制御する技術と
して,低い融点や多様な反応性といった特性を有するアルカリ金属の酸化還元反応を利用
した水分解プロセスを提案し,特に,その制御技術や反応条件などについて,いくつか実
験結果を示しつつ,物質科学的な観点から解説を行う。
【目次】
1.はじめに
2.熱化学水素製造
3.M‒Redox プロセス
3.1 反応サイクルとその特徴
3.2 非平衡反応を用いた熱力学特性制御
3.3 水素製造特性
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
高温太陽集熱による二段階水熱分解ソーラー水素製造システムの開発
Development of Thermochemical Two‒step Water‒Splitting Hydrogen
Production System using Concentrated Solar High‒Temperature Heat
-------------------------------------------------------------------------
郷右近展之(新潟大学 研究推進機構 超域学術院 准教授)
児玉竜也(新潟大学 研究推進機構 超域学術院 准教授)
サンベルト地域を有する欧米諸国を中心に太陽熱発電の実用化が進んでおり,その一方
で高温太陽熱を熱源として利用し,水素や合成ガスなどの化学燃料に転換するプロセスが
次世代技術として活発に研究されている。本稿では,世界各国におけるソーラー水熱分解
サイクルによる水素製造技術の現状を報告し,著者らが開発している水熱分解用ソーラー
反応器について解説する。
【目次】
1.はじめに
2.水熱分解ソーラー反応器の研究開発動向
3.今後のソーラー試験の計画について
-------------------------------------------------------------------------
アンモニアの電気化学合成
Electrochemical Synthesis of Ammonia
-------------------------------------------------------------------------
伊藤靖彦(アイ’エムセップ 代表取締役社長)
ハーバー・ボッシュ法とは原理を異にするアンモニア合成法として,電気化学反応によ
るものがある。本稿では,それらのいくつかを紹介するとともに,それらの中でとりわけ
実用化の可能性が高いと思われる「溶融塩電解による水と窒素からのアンモニア合成法」
について詳述する。さらに,この方法の実用化に向けた開発課題についても触れる。
【目次】
1.はじめに
2.アンモニアの電気化学合成
3.水素と窒素からのアンモニア電解合成
4.水と窒素からの直接常圧アンモニア電解合成
5.電気化学合成法の将来
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
アンモニア合成触媒の進化展望:自然エネルギー貯蔵の時代に備えて
Progress of ammonia synthesis catalysts
-------------------------------------------------------------------------
秋鹿研一(放送大学 客員教授;東京工業大学名誉教授)
遠隔地で風力などの自然エネルギーから安価な電力,水素を得てアンモニアを合成する
場合には,現行プロセスの100 分の1(20t‒NH3/d)程度の,無人プロセスが想定される。
これらの条件に合う経済的プロセス,触媒の設計が新たに必要となる。ここでは化学技術
者を読者として想定し,触媒設計の考え方の一端を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.アンモニア合成触媒の特徴
3.ルテニウム触媒における硝酸セシウム活性化:金属か酸化物か水酸化物か
4.促進剤の所在
5.促進剤の化学的変化
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
アンモニア分解による水素製造
Hydrogen Production Using Ammonia Decompositio
-------------------------------------------------------------------------
小島由継(広島大学 先進機能物質研究センター 教授)
市川貴之(広島大学 先進機能物質研究センター 准教授)
液体アンモニアは質量水素密度が17.8 mass%,体積水素密度が液体水素の1.5 倍(10.7
kgH2/100 l)と高く,室温,1 MPa 以下で液化できるため,魅力的な水素キャリアである。
本稿ではアンモニアを分解して水素を発生するための種々の技術を概説する。
【目次】
1.はじめに
2.アンモニア分解
2.1 触媒を用いた熱分解
2.2 水素化物‒NH3 システム
2.3 電気分解
2.4 水素の純度
3.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
ボトルネック解析法を用いたサスティナブルエネルギー利用技術の解析
Sustainable Energy Path Scenario Analysis from Industrializing View Point by using BA Method
-------------------------------------------------------------------------
丹下恭一(トヨタ自動車 先端材料技術部 主幹)
近藤拓也(トヨタ自動車 先端材料技術部)
研究開発テーマが実用化時に直面する課題やその原因となるボトルネックを予測しうる
BA 法(ボトルネック解析法)を開発した。この手法を利用することにより,問題のメカ
ニズムの理解につながり全体最適の観点から改善策を導くことが期待される。本稿では,
サスティナブルエネルギー利用に関する解析結果を一例として報告する。
【目次】
1.はじめに
2.BA 法の概要
3.適応事例
3.1 対象の社会システム
3.2 解析手順の具体化
3.3 結果
4.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
研究開発情報
Report of Research & Development
-------------------------------------------------------------------------
穏和な条件下での触媒的アンモニア合成法の開拓をめざして
Toward the Development of Catalytic Formation of Ammonia under Mild Conditions
-------------------------------------------------------------------------
田辺資明(東京大学 大学院 工学系研究科 総合研究機構 特任主任研究員(助教相当))
西林仁昭(東京大学 大学院 工学系研究科 総合研究機構 准教授)
ハーバー・ボッシュ法に代わる次世代型窒素固定法として,筆者らは生物学的窒素固定
酵素ニトロゲナーゼに含まれるモリブデンと鉄に着目し,これらの元素を含む錯体を触媒
として設計・利用することで,常温常圧のきわめて穏和な反応条件下で窒素ガスをアンモ
ニアやアンモニア等価体へと効率的に変換する触媒反応の開拓に成功した。
【目次】
1.はじめに
2.モリブデン錯体を用いた触媒的アンモニア合成
3.遷移金属錯体を用いた触媒的シリルアミン合成
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
連載講座 高活性安定化添加剤の創造と開発をめざして 26/26
chap.4 HALS の真の姿を探求する
HALS の現在考えられる真の姿を提案する
Proposal of Real Functions of HALS Thought at the Present Time
大勝靖一(工学院大学名誉教授)
HALS は多機能添加剤といわれるほど多くの機能を有するが,ほとんどの機能が現存の
添加剤よりも劣る。したがってHALS が現存の添加剤にとって代わるということは考え
られない。そのような状況でありながら重要な添加剤の一つとして使用されているのは何
故だろうか? これはHALS がほかの添加剤のように単独で機能するのでなく,ほかの添
加剤との相互作用によって新しい機能を発揮すると考えれば説明がつくのかもしれない。
このような考えもあって,HALS とフェノール類の光吸収を伴う相乗作用とHALS と酸
との拮抗作用の中身を明らかにし,HALS の新しい作用機構を確立した過程を説明する。
一方でHALS を上手に活用するための考え方も議論する。
【目次】
1.はじめに
2.HALS をみつめる
3.HALS を上手に活用するためには
4.HALS 代替物の分子設計
5.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
有機合成ユニットプロセス―チオケミカルズとヘテロ環状化合物― 1/3
チオケミカルズ
渡邊 隆(元横浜国立大学(非常勤講師))
Unit Process といえば,Groggins の“Unit Process in Organic Synthesis”が厳然とし
て輝いている。しかし,Grogins のUnit Process は工業的事例が多く,実験室的事例が少
ないのが,私にはやや不満であった。それにUnit Process に重点が置かれ,有機硫黄化
合物,有機異節環状化合物に関する内容が欠落していたのも,私の専門が偏っていたせい
か,いつか機会があれば,補足できればと思っていた。
今回,CMC 出版社のご厚意により,Unit Process のうち,硫黄化合物と異節環状化合
物の,具体例について紙面を割いていただけることになり,ここに活字化することができ
たことを深謝する次第である。
本総説の目的は,いままで,著者が,ほぼ確実に合成できると考えている文献をまとめ
たものであり,ぜひ,大学の有機合成関連講座の学生や,民間企業の研究者の皆さんに活
用していただければ幸いと思う次第である。
【目次】
1.メルカプタン類〔RSH〕の合成法
1.1 メルカプトアセタール
1.2 p‒ニトロチオフェノール
1.3 p‒アミノチオフェノール
1.4 チオベンゾフェノン
1.5 チオフェノール
1.6 フルオレンチオール
1.7 ベンジルメルカプタン
1.8 2‒メルカプト‒4‒アニシジン
1.9 2‒アミノ‒5‒メチルチオフェノール
2.スルフィド類〔RSR,RSSR〕の合成法
2.1 ジベンジルスルフィド
2.2 ジフェニルスルフィド
2.3 フェノチアジン(チオジフェニルアミン)
2.4 メチレンビスチオグリコール酸
2.5 3‒ドデシルチオプロピオン酸メチル
2.6 ジフェニルジスルフィド
2.7 ジベンジルジスルフィド
2.8 ジベンジルジスルフィド
2.9 4‒ベンゾオキシジフェニルジスルフィド
3.硫黄系中間体の合成法
3.1 N,N‒ジメチルジチオカルバモイルクロリド
3.2 チオ酢酸
3.3 チオ安息香酸
3.4 チオアセトアニリド
3.5 メチルイソチオシアネート
3.6 p‒クロロフェニルイソチオシアネート
3.7 フェニルイソチオシアネート
3.8 1‒ナフチルイソチオシアネート
3.9 2‒メチルアリルイソチオシアネート
3.10 ベンゾイルイソチオシアネート
4.チオ尿素類〔RNHC(S)NHR′〕の合成法
4.1 メチルチオ尿素
4.2 テトラメチルチオ尿素
4.3 フェニルチオ尿素
4.4 1‒メチル‒1‒フェニルチオ尿素
4.5 チオカーバニライド(ジフェニルチオ尿素)
4.6 ジシクロヘキシルチオ尿素
5.キサントゲン酸塩類〔ROC(S)SNa〕の合成法
5.1 エチルキサントゲン酸ナトリウム
6.スルフェンアミド類〔RNHSR′〕の合成法
6.1 N‒フェニルチオフタルイミド
-------------------------------------------------------------------------
[ケミカルプロフィル]
グアーガム(Cyamoposis gum)
ペクチン(Pectin)
-------------------------------------------------------------------------
[ニュースダイジェスト]
・海外編
・国内編
【特集】水素エネルギーの開発と利用
Development and Utilization of Hydrogen Energy
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アンモニアエコノミーの構築
Establishment of Ammonia Economy
小島由継(広島大学 先進機能物質研究センター センター長;教授)
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低温熱化学水素製造
Thermochemical Hydrogen Production by Water‒splitting at Low Temperature
-------------------------------------------------------------------------
宮岡裕樹(サステナブル・ディベロップメント実践研究センター テニュアトラック講師(特任講師))
本論文では,熱化学水分解による水素製造を500 ℃以下の温度領域で制御する技術と
して,低い融点や多様な反応性といった特性を有するアルカリ金属の酸化還元反応を利用
した水分解プロセスを提案し,特に,その制御技術や反応条件などについて,いくつか実
験結果を示しつつ,物質科学的な観点から解説を行う。
【目次】
1.はじめに
2.熱化学水素製造
3.M‒Redox プロセス
3.1 反応サイクルとその特徴
3.2 非平衡反応を用いた熱力学特性制御
3.3 水素製造特性
4.おわりに
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高温太陽集熱による二段階水熱分解ソーラー水素製造システムの開発
Development of Thermochemical Two‒step Water‒Splitting Hydrogen
Production System using Concentrated Solar High‒Temperature Heat
-------------------------------------------------------------------------
郷右近展之(新潟大学 研究推進機構 超域学術院 准教授)
児玉竜也(新潟大学 研究推進機構 超域学術院 准教授)
サンベルト地域を有する欧米諸国を中心に太陽熱発電の実用化が進んでおり,その一方
で高温太陽熱を熱源として利用し,水素や合成ガスなどの化学燃料に転換するプロセスが
次世代技術として活発に研究されている。本稿では,世界各国におけるソーラー水熱分解
サイクルによる水素製造技術の現状を報告し,著者らが開発している水熱分解用ソーラー
反応器について解説する。
【目次】
1.はじめに
2.水熱分解ソーラー反応器の研究開発動向
3.今後のソーラー試験の計画について
-------------------------------------------------------------------------
アンモニアの電気化学合成
Electrochemical Synthesis of Ammonia
-------------------------------------------------------------------------
伊藤靖彦(アイ’エムセップ 代表取締役社長)
ハーバー・ボッシュ法とは原理を異にするアンモニア合成法として,電気化学反応によ
るものがある。本稿では,それらのいくつかを紹介するとともに,それらの中でとりわけ
実用化の可能性が高いと思われる「溶融塩電解による水と窒素からのアンモニア合成法」
について詳述する。さらに,この方法の実用化に向けた開発課題についても触れる。
【目次】
1.はじめに
2.アンモニアの電気化学合成
3.水素と窒素からのアンモニア電解合成
4.水と窒素からの直接常圧アンモニア電解合成
5.電気化学合成法の将来
6.おわりに
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アンモニア合成触媒の進化展望:自然エネルギー貯蔵の時代に備えて
Progress of ammonia synthesis catalysts
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秋鹿研一(放送大学 客員教授;東京工業大学名誉教授)
遠隔地で風力などの自然エネルギーから安価な電力,水素を得てアンモニアを合成する
場合には,現行プロセスの100 分の1(20t‒NH3/d)程度の,無人プロセスが想定される。
これらの条件に合う経済的プロセス,触媒の設計が新たに必要となる。ここでは化学技術
者を読者として想定し,触媒設計の考え方の一端を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.アンモニア合成触媒の特徴
3.ルテニウム触媒における硝酸セシウム活性化:金属か酸化物か水酸化物か
4.促進剤の所在
5.促進剤の化学的変化
6.おわりに
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アンモニア分解による水素製造
Hydrogen Production Using Ammonia Decompositio
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小島由継(広島大学 先進機能物質研究センター 教授)
市川貴之(広島大学 先進機能物質研究センター 准教授)
液体アンモニアは質量水素密度が17.8 mass%,体積水素密度が液体水素の1.5 倍(10.7
kgH2/100 l)と高く,室温,1 MPa 以下で液化できるため,魅力的な水素キャリアである。
本稿ではアンモニアを分解して水素を発生するための種々の技術を概説する。
【目次】
1.はじめに
2.アンモニア分解
2.1 触媒を用いた熱分解
2.2 水素化物‒NH3 システム
2.3 電気分解
2.4 水素の純度
3.まとめ
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ボトルネック解析法を用いたサスティナブルエネルギー利用技術の解析
Sustainable Energy Path Scenario Analysis from Industrializing View Point by using BA Method
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丹下恭一(トヨタ自動車 先端材料技術部 主幹)
近藤拓也(トヨタ自動車 先端材料技術部)
研究開発テーマが実用化時に直面する課題やその原因となるボトルネックを予測しうる
BA 法(ボトルネック解析法)を開発した。この手法を利用することにより,問題のメカ
ニズムの理解につながり全体最適の観点から改善策を導くことが期待される。本稿では,
サスティナブルエネルギー利用に関する解析結果を一例として報告する。
【目次】
1.はじめに
2.BA 法の概要
3.適応事例
3.1 対象の社会システム
3.2 解析手順の具体化
3.3 結果
4.まとめ
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研究開発情報
Report of Research & Development
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穏和な条件下での触媒的アンモニア合成法の開拓をめざして
Toward the Development of Catalytic Formation of Ammonia under Mild Conditions
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田辺資明(東京大学 大学院 工学系研究科 総合研究機構 特任主任研究員(助教相当))
西林仁昭(東京大学 大学院 工学系研究科 総合研究機構 准教授)
ハーバー・ボッシュ法に代わる次世代型窒素固定法として,筆者らは生物学的窒素固定
酵素ニトロゲナーゼに含まれるモリブデンと鉄に着目し,これらの元素を含む錯体を触媒
として設計・利用することで,常温常圧のきわめて穏和な反応条件下で窒素ガスをアンモ
ニアやアンモニア等価体へと効率的に変換する触媒反応の開拓に成功した。
【目次】
1.はじめに
2.モリブデン錯体を用いた触媒的アンモニア合成
3.遷移金属錯体を用いた触媒的シリルアミン合成
4.おわりに
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連載講座 高活性安定化添加剤の創造と開発をめざして 26/26
chap.4 HALS の真の姿を探求する
HALS の現在考えられる真の姿を提案する
Proposal of Real Functions of HALS Thought at the Present Time
大勝靖一(工学院大学名誉教授)
HALS は多機能添加剤といわれるほど多くの機能を有するが,ほとんどの機能が現存の
添加剤よりも劣る。したがってHALS が現存の添加剤にとって代わるということは考え
られない。そのような状況でありながら重要な添加剤の一つとして使用されているのは何
故だろうか? これはHALS がほかの添加剤のように単独で機能するのでなく,ほかの添
加剤との相互作用によって新しい機能を発揮すると考えれば説明がつくのかもしれない。
このような考えもあって,HALS とフェノール類の光吸収を伴う相乗作用とHALS と酸
との拮抗作用の中身を明らかにし,HALS の新しい作用機構を確立した過程を説明する。
一方でHALS を上手に活用するための考え方も議論する。
【目次】
1.はじめに
2.HALS をみつめる
3.HALS を上手に活用するためには
4.HALS 代替物の分子設計
5.おわりに
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有機合成ユニットプロセス―チオケミカルズとヘテロ環状化合物― 1/3
チオケミカルズ
渡邊 隆(元横浜国立大学(非常勤講師))
Unit Process といえば,Groggins の“Unit Process in Organic Synthesis”が厳然とし
て輝いている。しかし,Grogins のUnit Process は工業的事例が多く,実験室的事例が少
ないのが,私にはやや不満であった。それにUnit Process に重点が置かれ,有機硫黄化
合物,有機異節環状化合物に関する内容が欠落していたのも,私の専門が偏っていたせい
か,いつか機会があれば,補足できればと思っていた。
今回,CMC 出版社のご厚意により,Unit Process のうち,硫黄化合物と異節環状化合
物の,具体例について紙面を割いていただけることになり,ここに活字化することができ
たことを深謝する次第である。
本総説の目的は,いままで,著者が,ほぼ確実に合成できると考えている文献をまとめ
たものであり,ぜひ,大学の有機合成関連講座の学生や,民間企業の研究者の皆さんに活
用していただければ幸いと思う次第である。
【目次】
1.メルカプタン類〔RSH〕の合成法
1.1 メルカプトアセタール
1.2 p‒ニトロチオフェノール
1.3 p‒アミノチオフェノール
1.4 チオベンゾフェノン
1.5 チオフェノール
1.6 フルオレンチオール
1.7 ベンジルメルカプタン
1.8 2‒メルカプト‒4‒アニシジン
1.9 2‒アミノ‒5‒メチルチオフェノール
2.スルフィド類〔RSR,RSSR〕の合成法
2.1 ジベンジルスルフィド
2.2 ジフェニルスルフィド
2.3 フェノチアジン(チオジフェニルアミン)
2.4 メチレンビスチオグリコール酸
2.5 3‒ドデシルチオプロピオン酸メチル
2.6 ジフェニルジスルフィド
2.7 ジベンジルジスルフィド
2.8 ジベンジルジスルフィド
2.9 4‒ベンゾオキシジフェニルジスルフィド
3.硫黄系中間体の合成法
3.1 N,N‒ジメチルジチオカルバモイルクロリド
3.2 チオ酢酸
3.3 チオ安息香酸
3.4 チオアセトアニリド
3.5 メチルイソチオシアネート
3.6 p‒クロロフェニルイソチオシアネート
3.7 フェニルイソチオシアネート
3.8 1‒ナフチルイソチオシアネート
3.9 2‒メチルアリルイソチオシアネート
3.10 ベンゾイルイソチオシアネート
4.チオ尿素類〔RNHC(S)NHR′〕の合成法
4.1 メチルチオ尿素
4.2 テトラメチルチオ尿素
4.3 フェニルチオ尿素
4.4 1‒メチル‒1‒フェニルチオ尿素
4.5 チオカーバニライド(ジフェニルチオ尿素)
4.6 ジシクロヘキシルチオ尿素
5.キサントゲン酸塩類〔ROC(S)SNa〕の合成法
5.1 エチルキサントゲン酸ナトリウム
6.スルフェンアミド類〔RNHSR′〕の合成法
6.1 N‒フェニルチオフタルイミド
-------------------------------------------------------------------------
[ケミカルプロフィル]
グアーガム(Cyamoposis gum)
ペクチン(Pectin)
-------------------------------------------------------------------------
[ニュースダイジェスト]
・海外編
・国内編
