監修者

杉本　　裕　　　東京理科大学　工学部　教授

執筆者

計61名

杉本　　裕　　　東京理科大学　工学部　教授
清田　佳美　　　東洋大学　経済学部　教授
永澤　優馬　　　明治大学　大学院理工学研究科
天野　優斗　　　明治大学　大学院理工学研究科
古谷　英二　　　明治大学名誉教授
成澤　道則　　　株式会社IHI　技術開発本部技術基盤センター物理・化学グループ　主幹研究員
佐藤　研太朗　　株式会社IHI　技術開発本部技術基盤センター物理・化学グループ　研究員
沼口　遼平　　　川崎重工業株式会社　技術開発本部技術研究所エネルギーシステム研究部　主任研究員
冨重　圭一　　　東北大学　大学院工学研究科　教授
田村　正純　　　大阪公立大学　人工光合成研究センター　准教授
谷　　　雨　　　大阪市立大学　人工光合成研究センター　助教
多田　昌平　　　茨城大学　大学院理工学研究科　助教
兼賀　量一　　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　省エネルギー研究部門　研究員
尾西　尚弥　　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　ゼロエミッション国際共同研究センター　主任研究員
姫田　雄一郎　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　ゼロエミッション国際共同研究センター　首席研究員
伊藤　良一　　　筑波大学　数理物質系　准教授
辻口　拓也　　　金沢大学　理工研究域　准教授
河邉　佑典　　　金沢大学　大学院自然科学研究科
大戸　達彦　　　大阪大学　大学院基礎工学研究科　助教
高橋　康史　　　金沢大学　ナノ生命科学研究所　教授
本倉　　健　　　横浜国立大学　大学院工学研究院　教授
鈴木　亮輔　　　北海道大学名誉教授
菊地　竜也　　　北海道大学　大学院工学研究院　准教授
夏井　俊悟　　　東北大学　多元物質科学研究所プロセスシステム工学研究部門　准教授
小島　隆彦　　　筑波大学　数理物質系　教授
山野　遼太　　　早稲田大学　先進理工学研究科
中野　直哉　　　早稲田大学　先進理工学研究科
関根　　泰　　　早稲田大学　先進理工学研究科　教授
桒原　泰隆　　　大阪大学　大学院工学研究科　准教授
山下　弘巳　　　大阪大学　大学院工学研究科　教授
泉　　康雄　　　千葉大学　大学院理学研究院　教授
古崎　康哲　　　大阪工業大学　工学部　教授
若山　　樹　　　株式会社INPEX　再生可能エネルギー・新分野事業本部　Professional Contributor
吉原　　弘　　　株式会社INPEX　再生可能エネルギー・新分野事業本部
宮本　広樹　　　株式会社INPEX　再生可能エネルギー・新分野事業本部
門田　健太郎　　University of Oregon　Department of Chemistry and Biochemistry　
　　　　　　　　日本学術振興会海外特別研究員
堀毛　悟史　　　京都大学　高等研究院物質－細胞統合システム拠点　准教授
加藤　淳也　　　広島大学　大学院統合生命科学研究科　特任助教
中島田　豊　　　広島大学　大学院統合生命科学研究科　教授
深谷　訓久　　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　触媒化学融合研究センター　研究チーム長
崔　　準哲　　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　触媒化学融合研究センター　研究チーム長
鎌田　博之　　　株式会社IHI　技術開発本部技術基盤センター物理・化学グループ　主幹研究員
伊代田　岳史　　芝浦工業大学　工学部　教授
松田　信広　　　芝浦工業大学　大学院理工学研究科
山崎　章弘　　　成蹊大学　理工学部　教授
野口　美由貴　　成蹊大学　理工学部　研究員
宮原　茂禎　　　大成建設株式会社　技術センター社会基盤技術研究部材工研究室　副主任研究員
宮岡　俊輔　　　元 環境省　地球環境局地球温暖化対策課地球温暖化対策室　室長補佐／
　　　　　　　　現 国土交通省　海事局海洋・環境政策課　脱炭素化推進官
杉本　昌隆　　　山形大学　大学院有機材料システム研究科　教授
川﨑　慎一朗　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　化学プロセス研究部門　主任研究員
藤井　達也　　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　化学プロセス研究部門　主任研究員
川井　浩史　　　神戸大学名誉教授／神戸大学　内海域環境教育研究センター　特命教授
羽生田　岳昭　　神戸大学　内海域環境教育研究センター　助教／現 北里大学　海洋生命科学部　講師
上井　進也　　　神戸大学　内海域環境教育研究センター　教授
福田　裕章　　　株式会社デンソー　マテリアル研究部マテリアル要素研究2室　担当次長
大地　　剛　　　株式会社デンソー　先端技能開発部
金子　典充　　　株式会社IHI　戦略技術統括本部戦略プロジェクト部カーボンソリューション担当　主査
郷右近　展之　　新潟大学　工学部　准教授
澤村　健一　　　イーセップ株式会社　代表取締役社長
佐伯　順子　　　一般社団法人産業環境管理協会　LCA日本フォーラム事務局　主査
古島　　康　　　みずほリサーチ＆テクノロジーズ株式会社　サステナビリティコンサルティング
　　　　　　　　第1部環境エネルギー政策チーム　上席主任コンサルタント

目次

序論　二酸化炭素における有効利用技術の概要と展望 　《杉本　裕》
　　　1．はじめに
　　　2．二酸化炭素に関する基礎事項の確認
　　　3．二酸化炭素の分離・回収と貯留・隔離
　　　4．二酸化炭素の利用と固定化・資源化
　　　5．おわりに（巻頭言を兼ねて）

第1編　ダイレクトエアキャプチャー（DAC）
　第1章　温度応答型アミンゲルスラリーを用いるDACプロセスのモデル検討
　《清田　佳美，永澤　優馬，天野　優斗，古谷　英二》
　　　1．はじめに
　　　2．CO2吸着システム
　　　3．ゲル相変化の制御因子と相挙動
　　　4．実験装置
　　　5．実測例
　　　6．ゲルスラリーのCO2吸着プロセスモデル
　　　7．モデル計算
　　　8．まとめ

　第2章　IHIにおけるDAC装置開発
　《成澤　道則，佐藤　研太朗》
　　　1．はじめに
　　　2．吸着材の開発
　　　3．DAC装置運転試験
　　　4．課　題
　　　5．おわりに

　第3章　DACおよび回収二酸化炭素の有効利用による炭素循環社会モデルの構築
　《沼口　遼平》
　　　1．はじめに
　　　2．DAC技術の開発
　　　3．DACに適したCO2有効利用法
　　　4．炭素循環社会モデルのライフサイクルアセスメント
　　　5．まとめ

第2編　二酸化炭素からの物質合成
　第1章　二酸化炭素を活用するための触媒開発
　　第1節　二酸化炭素とジオールからの直接ポリカーボネート合成に有効な触媒プロセスの開発
　　　《冨重　圭一，田村　正純，谷　雨》
　　　1．はじめに
　　　2．酸化セリウム触媒と2-シアノピリジン脱水剤を用いる二酸化炭素と
　　　　 α,ω-ジオールからのポリカーボネート合成
　　　3．酸化セリウム触媒を用いた二酸化炭素とα,ω-ジオールからのポリカーボネート合成：
　　　　 ニトリルの依存性
　　　4．酸化セリウム触媒と2-フロニトリル脱水剤を用いる二酸化炭素とα,ω-ジオールからの
　　　　 ポリカーボネート合成：分子量増加を目指して
　　　5．酸化セリウム触媒とニトリル脱水剤を用いる二酸化炭素とα,ω-ジオールからの
　　　　 ポリカーボネート合成：2-フロニトリルの有効性に関する考察
　　　6．まとめと今後の展望

　　第2節　非晶質材料を用いたメタノール合成触媒の開発
　　　《多田　昌平》
　　　1．はじめに
　　　2．Cu/ZrO2触媒の反応特性
　　　3．Cu/ZrO2触媒でのCO2水素化反応機構
　　　4．ZrO2結晶性に着目した触媒開発
　　　5．Cu微粒子形成に適したCu種
　　　6．おわりに

　　第3節　二酸化炭素の水素化による低温メタノール合成触媒の開発
　　　《兼賀　量一，尾西　尚弥，姫田　雄一郎》
　　　1．はじめに
　　　2．固体触媒を用いる低温メタノール合成
　　　3．分子触媒を用いるCO2水素化によるメタノール合成
　　　4．複核触媒による低温メタノール合成
　　　5．まとめ

　第2章　ギ酸の生成
　　第1節　スズとグラフェンの界面を活用したギ酸の合成プロセス
　　　《伊藤　良一，辻口　拓也，河邉　佑典，大戸　達彦，高橋　康史》
　　　1．電気化学的二酸化炭素還元によるギ酸合成
　　　2．スズ／酸化還元グラフェン複合触媒によるギ酸電解合成
　　　3．まとめと展望

　　第2節　有機分子触媒を利用した二酸化炭素からのギ酸誘導体の合成
　　　《本倉　健》
　　　1．はじめに
　　　2．CO2還元反応に活性を示す塩
　　　3．TBA formateを有機分子触媒とするCO2の還元反応
　　　4．ギ酸アルキルアンモニウム塩構造の固定による不均一系有機分子触媒の開発
　　　5．まとめ

　第3章　一酸化炭素の生成
　　第1節　高温CO2の電気分解によるガスの生成技術
　　　《鈴木　亮輔，菊地　竜也，夏井　俊悟》
　　　1．はじめに
　　　2．概　念
　　　3．実験結果の一例
　　　4．酸素発生陽極への工夫
　　　5．炭素の析出
　　　6．COガスへの優先転換策
　　　7．まとめと今後の展開

　　第2節　ニッケル錯体を触媒とする一酸化炭素への還元技術
　　　《小島　隆彦》
　　　1．はじめに
　　　2．ニッケル錯体によるCO2の光触媒的還元反応
　　　3．おわりに

　　第3節　低温での二酸化炭素の還元と一酸化炭素への資源化技術
　　　《山野　遼太，中野　直哉，関根　泰》
　　　1．はじめに
　　　2．電場印加反応場を用いた逆水性ガスシフト反応によるCO生成
　　　3．電場印加反応場を用いたCH4のドライリフォーミング反応
　　　4．おわりに

　　第4節　モリブデン酸化物に白金ナノ粒子を担持した触媒による一酸化炭素の製造
　　　《桒原　泰隆，山下　弘巳》
　　　1．CO2水素化反応について
　　　2．MoO3をベースとした固体触媒の開発
　　　3．CO2水素化によるメタノールへの変換
　　　4．逆水性ガスシフト反応によるCOへの変換
　　　5．おわりに

　第4章　メタンの合成
　　第1節　ニッケル光触媒を用いた二酸化炭素のメタンへの還元
　　　《泉　康雄》
　　　1．背　景
　　　2．研究成果
　　　3．今後の展望

　　第2節　バイオメタネーション技術による消化ガスの高濃度メタン化
　　　《古崎　康哲》
　　　1．バイオメタネーションへの期待
　　　2．バイオメタネーションシステムの技術的課題
　　　3．バイオメタネーションの要求性能と技術目標
　　　4．反応に関与する微生物群
　　　5．マイクロバブルエジェクターを用いた消化ガスのバイオメタネーション
　　　6．まとめ

　　第3節　二酸化炭素と水素からメタンを合成する試験設備の開発
　　　《若山　樹，吉原　弘，宮本　広樹》
　　　1．はじめに
　　　2．CO2-メタネーションの反応器について
　　　3．CO2-メタネーションの試験設備の開発
　　　4．CO2-メタネーションの試験設備による成果
　　　5．おわりに

　第5章　有機材料の開発
　　第1節　二酸化炭素の多孔性材料への変換　《門田　健太郎，堀毛　悟史》
　　　1．はじめに
　　　2．多孔性金属錯体（MOF/PCP）
　　　3．ボロハイドライドを用いたCO2由来MOF合成
　　　4．アミンを用いたCO2由来MOF合成
　　　5．おわりに─CO2由来MOFの可能性

　　第2節　ガス発酵微生物を用いた化成品原料・燃料の合成技術　《加藤　淳也，中島田　豊》
　　　1．はじめに
　　　2．微生物ガス発酵とは
　　　3．ガス代謝経路の基本設計
　　　4．H2とCO2を原料とする微生物反応
　　　5．酢酸菌をベースにしたガス発酵生産
　　　6．代謝改変によるガスからの多様な物質生産
　　　7．遺伝子組換え技術の開発
　　　8．M. thermoaceticaの代謝改変による乳酸生産株の作出
　　　9．代謝改変によるエタノール生産菌の作出とガス発酵生産
　　　10．代謝改変によるアセトン生産株の作出
　　　11．ガス発酵によるアセトン生産
　　　12．アセトン生産株の将来性
　　　13．化学合成法とガス発酵法の比較
　　　14．おわりに

　　第3節　二酸化炭素とケイ素化合物からのプラスチック原料の合成　《深谷　訓久，崔　準哲》
　　　1．はじめに
　　　2．ポリウレタンの合成プロセス
　　　3．二酸化炭素とアミンからの芳香族カルバミン酸エステル合成
　　　4．おわりに

　　第4節　二酸化炭素を原料とした低級オレフィン類の製造技術　《鎌田　博之》
　　　1．はじめに
　　　2．化石資源を原料とする低級オレフィン製造
　　　3．CO2を原料とする低級オレフィン製造プロセス
　　　4．IHIにおけるCO2直接水素化による低級オレフィン類の製造技術
　　　5．おわりに

　第6章　無機材料の開発
　　第1節　二酸化炭素の吸着による再生骨材の品質改善　《伊代田　岳史，松田　信広》
　　　1．はじめに
　　　2．再生骨材改質技術の開発
　　　3．改質再生細骨材を用いた再生モルタルの性能
　　　4．改質再生粗骨材を用いた再生骨材コンクリートの性質
　　　5．再生骨材コンクリートとしてのさらなる利用?再生骨材コンクリートの改質方法の検討
　　　6．炭酸化技術による骨材改質の将来展望
　　　7．まとめ

　　第2節　バイポーラ膜電気透析法BPEDを利用した二酸化炭素の炭酸塩鉱物化技術
　　　《山崎　章弘，野口　美由貴》
　　　1．バイポーラ膜電気透析（BPED）法
　　　2．炭酸塩鉱物化プロセス
　　　3．BPED法を利用した塩基性廃棄物・鉱物の炭酸塩鉱物化
　　　4．実用化に向けての課題
　　　5．BPED法のCO2吸収プロセスへの適用
　　　6．おわりに

　　第3節　CO2排出量を削減したコンクリートの開発　《宮原　茂禎》
　　　1．はじめに
　　　2．産業副産物を利用したコンクリート
　　　3．CO2吸収型のコンクリート
　　　4．おわりに

第3編　二酸化炭素の産業への有効利用
　第1章　二酸化炭素の貯留・産業利用と環境省の取り組み　《宮岡　俊輔》
　　　1．地球温暖化対策の現状
　　　2．政府の計画概要
　　　3．環境省CCS事業
　　　4．環境省CCU事業
　　　5．今後の取り組み

　第2章　二酸化炭素の直接利用
　　第1節　二酸化炭素を利用した発泡成形技術　《杉本　昌隆》
　　　1．はじめに
　　　2．発泡体の用途
　　　3．発泡成形の概要　粘弾性　発泡メカニズム　CO2
　　　4．粘弾性

　　第2節　超臨界二酸化炭素の溶媒特性を利用した抽出および噴霧技術の開発
　　　《川?　慎一朗，藤井　達也》
　　　1．はじめに
　　　2．超臨界CO2を用いた抽出，洗浄技術
　　　3．マイクロ混合器による超臨界CO2を用いた連続液液抽出
　　　4．希釈溶剤の代替として超臨界CO2を用いた噴霧塗装およびモノづくり技術の開発
　　　5．まとめと今後の計画

　第3章　藻類と燃料技術
　　第1節　海藻類系統株コレクションとブルーカーボン技術への応用
　　　《川井　浩史，羽生田　岳昭，上井　進也》
　　　1．はじめに
　　　2．ブルーカーボン（海域におけるカーボンシンク）としての海藻類
　　　3．海藻類系統株コレクション
　　　4．洋上風力発電施設を利用した海藻養殖とブルーカーボン

　　第2節　微細藻類を使った二酸化炭素吸収・バイオ燃料化技術　《福田　裕章，大地　剛》
　　　1．米国が設定した微細藻類バイオ燃料の実現性試算
　　　2．微細藻類バイオ燃料の実現に向けた課題
　　　3．デンソーが保有する微細藻類
　　　4．Coccomyxa sp.KJ の増殖能力とオイル生産性
　　　5．目標のオイル生産性を実現するためのアプローチ
　　　6．ゲノム編集の取り組み
　　　7．おわりに

　　第3節　微細藻類による二酸化炭素のジェット燃料生産　《金子　典充》
　　　1．はじめに
　　　2．国際航空分野におけるCO2削減とSAF
　　　3．微細藻類由来のSAF
　　　4．HGBbを用いたSAF生産プロセス
　　　5．実用化に向けた取り組み

　第4章　燃料開発
　　第1節　高温太陽熱を熱源とする二段階熱化学プロセスによるソーラー液体燃料製造　《郷右近　展之》
　　　1．はじめに
　　　2．タワー型太陽集光システム
　　　3．高温太陽熱による二段階熱化学プロセスによる水/二酸化炭素分解
　　　4．ペロブスカイト酸化物による水/二酸化炭素分解の研究動向

　　第2節　メンブレンリアクターを利用したe-fuelの高効率合成　《澤村　健一》
　　　1．はじめに
　　　2．e-fuelの期待される利活用方法
　　　3．e-fuelの製造コスト
　　　4．メンブレンリアクターを利用したe-fuelの高効率合成

　第5章　二酸化炭素のライフサイクルアセスメント計算
　　第1節　二酸化炭素の排出量を算定するライフサイクルアセスメント　《佐伯　順子》
　　　1．ライフサイクルアセスメント（LCA）とは
　　　2．LCAの手法
　　　3．LCAの実施：目的・調査範囲の設定
　　　4．LCAの実施：イベントリ分析
　　　5．LCAの実施：環境影響評価
　　　6．LCAの実施：解釈
　　　7．配　分
　　　8．システム間の比較
　　　9．カーボンニュートラルの考え方
　　　10．おわりに

　　第2節二酸化炭素の有効利用技術を対象としたライフサイクルアセスメントの実施に係る注意点　《古島　康》
　　　1．はじめに
　　　2．The Global CO2 Initiativeによるガイドライン
　　　3．おわりに