バイオマスは再生可能資源であり、バイオマスからの化学品合成は低炭素化に寄与する。しかし、資源量の多いバイオマスであるセルロースやキチンは強固な結晶構造をもつため、分解は困難である。酵素や硫酸を触媒に用いる従来法は、反応速度・分離等で難点がある。我々は、固体触媒を基軸とする手法によりセルロースやキチンなどのバイオマス変換を検討し、解重合が可能であることを見いだした。さらに、単量体のグルコースとN-アセチルグルコサミンから各種有用化学品の合成に成功した。

昨年10月に閣議決定された第6次エネルギー基本計画。日本政府が「2050カーボンニュートラル宣言」を行って以降最初のこの計画で，石油産業の未来はどうなるか。掘り下げる。

Rh-P系触媒の高いHDS活性はRh₂Pの高い耐硫黄性に起因すると考えられ、先にこのRh-P系触媒はH₂S-N₂を用いた昇温硫化法で高い耐硫黄性を有することを明らかにした。本研究では、Rh-P系触媒の耐硫黄性をHDS反応に近い条件で評価し、この耐硫黄性とHDS活性の関係について検討した。H₂S-H₂中でRh-P触媒の耐硫黄性を評価すると、N₂共存下よりも耐硫黄性は高くなることがわかった。また、耐硫黄性が高い触媒は高いHDS活性を示したことから、耐硫黄性がHDS活性の発現に重要な要素であるといえる。

スラリー床水素化分解プロセスは、超重質油を分解し、輸送用燃料の増産のみならず、石油化学品増産対応など、柔軟な石油市場の需要に応える事が可能な究極な分解プロセスである。本研究によって、API比重20以下の重質油のスラリー相反応においても、様々な反応経路や反応機構、触媒の失活、スラッジの生成などといった複雑な要素を考慮し、 VRの水素化分解で起こる複雑な現象を良好に表現、そして最適な反応条件を予測可能となった。

従来C重油として使用されていた減圧残渣(VR)留分を、溶剤脱れき (SDA) 装置にて抽出して得られる脱れき油（DAO）を重油脱硫装置(RDS)で処理することにより、接触分解装置(RFCC)の原料に用いるアップグレーディング技術開発を行った。

　DAO処理に特化したRDS触媒システムの構築、DAOと常圧残渣油の混合時の相溶性悪化に伴う差圧要因の解明とその対策、実機RDS・RFCC装置での商業運転の状況について報告する。

異なるGa担持量(Ga/Al)と水素前処理温度で調製したGa導入MFIゼオライト触媒(Ga-MFI)を用いて、エタン脱水素反応を検討した。Ga/Al = 1.0 で調製した高担持量Ga-MFIが優れたエチレン選択性と耐久性を示した。この優れた触媒作用は、導入量の増大に伴いブレンステッド酸点量が減少したことと、高選択的な活性点である[GaH₂]⁺が主な表面ヒドリド種として生成したことに起因する。

SiC支持体上にFe/SiO₂成分を担持した構造体触媒を調製し，H₂S共存のイソペンタン脱水素に対する反応特性を評価した。従来の電気炉加熱方式に比べて通電加熱方式を採用した構造体触媒反応システムは，目的生成物であるC5オレフィン類を選択的に生成した。通電による触媒反応場の直接的加熱は，選択性低下をもたらす気相のアルカン分解を抑制したことが考えられた。

当研究室では，Co/MFIゼオライトを触媒とするメタンによるベンゼンのメチル化が進行することを見出している．しかし望ましくない副反応としてメタンから炭素と水素を生成する脱水素も進み，選択性が課題である．この反応において酸素を導入すると，ベンゼンの不完全燃焼に加え，意外にもメタンから炭素と水素の生成も著しく促進された．そこで，従来の反応系で混入していた微量の酸素を除去したところ，選択性が向上した．

SAFは最も有力な選択として位置付けられ各国で導入が始まりつつあるが，その普及には様々な課題がある。本講演ではSAFの動向，規格，IHIの微細藻類由来SAF開発への取り組みについて講演する。

水素キャリアであるアンモニアはカーボンフリー燃料としても期待されているが，着火し難く，NOx生成も多い。産総研では小型のガスタービンを用いてアンモニア専焼発電やメタンアンモニア混焼発電を実証した。

我々が日常的に購入している食料品の大部分はプラスチック容器に収納されており、廃プラスチックの約47％は容器包装類が占めている。大量に生産されたプラスチックは大量に廃棄され、その一部が海へ流出して生態系に深刻な影響を与えており、廃プラスチックは深刻な地球環境問題の1つとして広く認識されるようになった。本講演では、最新のリサイクル技術を紹介すると共に、持続可能な社会におけるプラスチックの循環利用法を検討する。

二環芳香族類を部分水素化・開環によりベンゼン誘導体へ変換できれば石油の有効利用率が向上する．本研究では，高圧水素中での1－メチルナフタレンのシングルパス転換反応に対してMoを担持した*BEAゼオライトの高いベンゼン誘導体収率を見出した．Mo上で1－メチルナフタレンの部分水素化が進行した後，Brønsted酸点上でナフテンからカルベニウムカチオンが生成し，Mo上で水素分子を解離してヒドリドが供与されベンゼン誘導体が生成したと考えられる．

原油中の多環芳香族を化学製品に転換する固体酸触媒を見出すことができれば，原油の有効利用率が上がり，原油の消費量を減らすことができる．本研究では，12-ringを持つYFI型ゼオライトを触媒として用いた．反応物を取り込むことができる12-ringを持つYFI型ゼオライトだが，強いBrønsteds酸点を持つため反応物がコークとなってしまい，ほとんど活性がなかった．しかし，脱Al処理したYFI型ゼオライトでは，脱Al処理していないものに比べて，活性が向上し，触媒寿命も長くなった．

本研究では、ゲル骨格補強法（GSR）を用いてミクロ-メソ-メソ階層構造触媒を作製し、キュリー・ポイント・パイロライザー法を用いてこれら階層構造触媒による低密度ポリエチレン（LDPE）の接触分解特性を評価した。リンゴ酸、TEOS、Y-ゼオライトで作製した二層構造触媒では、転化率60％を示した。この二層構造触媒とGSR法で作製したシリカ-ゲルを物理混合して調製した物理混合三層構造触媒では転化率は54％であった。これらに対し、二層構造触媒存在下でGSR-シリカを発生させた共ゲル化三層構造触媒では、転化率が100％に達した。

実油中の多環芳香族類選択的転換のための固体酸触媒および関連技術の開発の概要

廃プラスチックの新規ケミカルリサイクル手法の開発のため、炭化水素溶媒中におけるプラスチックの触媒分解に関する検討を行っている。本発表では、ゼオライト触媒による分解を行った場合に生じる、分子量が数十～数十万と幅広い分解生成物の分析手法の検討を行ったので、報告する。

ポリオレフィンは*BEAゼオライト触媒上、脂肪族炭化水素溶媒中でC3−20脂肪族や単環芳香族などに分解されるが、芳香族炭化水素を溶媒とすると多環芳香族が多く生成した。一方、ポリ塩化ビニルやポリエチレンテレフタラートを混入しても大きな影響はみられず、ポリウレタンなどを添加すると転化率が上昇した。以上から、脂肪族に富む灯軽油を溶媒とし、混入物を含む廃ポリオレフィンを化学リサイクルすることは可能と考えられる。

バイオマス由来のカルボン酸であるグリセリン酸を基質としたアミノ酸（アラニン）の合成に有効な触媒の検討を行った。Ru/TiO₂触媒がその酸と金属の二元機能を用いることでアラニンを高収率で与えることを見出した。TiO₂の結晶形は活性に強く影響し，ルチル型TiO₂では，ほとんど反応が進行しないのに対してアナタース型のTiO₂が高い収率でアラニンを与えることを見出し，その酸性質を詳細に解析した。

我々はこれまで，メソポーラスシリカ，ゼオライトなどのシリカ骨格内に同型置換された窒素種を，固体塩基点として触媒，吸着材に利用してきた。今回，炭素骨格内に同型置換した窒素種を作製し，触媒作用にとって重要なファクターである活性，選択性，耐久性（特に水への耐性）や，調製における安全性なども考慮した総合的な比較を行った。また，プローブ分子を用いた赤外分光法による触媒活性の評価方法を提案するので，その一般性について議論したい。

種々の酸塩基反応や酸化還元反応の固体触媒として機能するシアノ架橋配位高分子（[M^N(H₂O)_x]_y[M^C(CN)₆]）の活性点は、水分子が脱離することでM^N上に生成する配位不飽和サイトである。本研究では、CN配位子の一部を単座配位子（L）に置換した配位高分子（[M^N(H₂O)_x]_y[M^C(CN)₅(L)、L = NH₃ or H₂O）を合成した。この配位高分子では、Lの脱離によりM^C上にも配位不飽和サイトが生じる。本配位高分子を利用し、エステル加水分解反応や芳香族化合物の酸化反応におけるM^Cの寄与やM^NとM^Cの協働作用を評価した。

C-H結合の活性化に基づく環境調和型有機分子変換のためのルテニウム触媒系の開発の概要

アンモニアを直接窒素源として有用な芳香族アミン類を合成できれば理想的であるが、Buchwald–Hartwigカップリングでは基質のハロゲン由来の強酸が生成し環境調和性の点で課題を残す。本研究では、従来とは異なる環境調和型プロセスを可能とする脱水素芳香環形成を担持Pdナノ粒子触媒の合理的設計により制御し、アンモニアを直接窒素源、水素分子・水のみを副生成物として、種々の芳香族アミン類合成の起点となる、未踏の第一級アニリン類選択合成に成功した。

C-Nカップリング反応向けN-ヘテロ環状カルベン—パラジウム錯体およびその固定化触媒の開発の概要

石油代替資源の利用拡大に向けては、メタンや合成ガス(水素と一酸化炭素の混合ガス)を化学品や液体燃料に高効率で変換可能なプロセスの確立が重要である。我々はメタン水蒸気改質に室温で活性を示す半導体光触媒の開発ならびにFischer-Tropsch合成に貴金属フリーで高活性を示すコバルト触媒の開発に取り組んできた。これまでの研究開発状況と高活性触媒の設計指針について紹介する。

メタンの酸化的カップリング（OCM）反応に関するハイスループット実験データおよび文献データを基に触媒構成元素、反応条件、触媒活性の関連を俯瞰した機械学習機を作成した。低温OCM活性を示すLa₂O₃系触媒の新規開拓をターゲットに、作成した学習機の知見に基づいた「３成分を担持した低温La₂O₃系OCM触媒」の探索を行った。その結果、450℃の低温でもOCM活性を示すLa₂O₃触媒を２０種類以上発見することに成功した。

水素化反応は、石油化学産業で中間化合物を生成するために使用される重要なプロセスの1つであり、長い間Pd系触媒が使用されてきた。近年、構成金属の低コスト化などの観点から、魅力的な代替品としてNiZn金属間化合物触媒が注目されている。結晶性の良いNiZn金属間化合物の取得には、前駆体であるZnOが難還元性のため、高温（500～750℃）での処理が必要となるが、この処理においてもNiZn金属間化合物の単一相を得るのは困難であり、NiZnとNiが共存する報告例が多いのが現状である。発表者らは、LiCl-KCl混合溶融塩中でCaH₂還元剤を用いることで、ZnOを含む酸化物前駆体から360℃という低温での単一相のNiZn金属間化合物の合成に成功している。特に、溶融塩中で合成することで、難還元性酸化物の還元を阻害する酸素・水分がない最適な合成条件を見い出した。

触媒前駆体構造に着目した二酸化炭素水素化によるメタノール合成用触媒の創製の概要

逆水性ガスシフトの転化率向上と低温化を目的として、脱水膜を用いた膜反応器の開発を行った。触媒としてCu/Zn/γ-Al₂O₃を、脱水膜としてZSM-5ゼオライト膜を使用し、膜反応器の効果を検証した。

Fischer-Tropsch(FT)合成はCCUにおいて燃料製造技術としての役割を担っている。この反応では、合成ガスから炭化水素が生成すると同時に、多量の水が副生する。生成した水は、反応場の原料分圧低下を引き起こし、反応を阻害することが知られている。この解決策として、膜により反応場から水を選択的に除去することを考えた。本研究では、Fe系触媒を用いたFT合成（300 ℃, 0.9 MPa, H₂/CO₂ = 3/1）に対してNa-ZSM-5膜を用いた膜反応器を導入し、H₂O除去が反応に与える影響について検討した。

Aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF), protected as a six-membered ring acetal with 1,3-propanediol (PDO), was examined using a nitrogen-doped carbon-supported cobalt catalyst in a stepwise approach. Usage of acetal-protected HMF (HMF-acetal) enabled the production of 5-formylfuran-2-carboxylic acid in its acetal form (FFCA-acetal) in 97% yield even in a 20 wt% solution with Ca(OH)₂. The protective PDO was recovered in 94% through acid-catalyzed hydrolysis of FFCA-acetal using HCl in the second step. FFCA in 10 wt% could then be oxidized to 2,5-furan dicarboxylic acid in 96% yield under conditions optimized for this step, enabled through the flexibility of the stepwise approach.

The reductive amination of 5-formylfuran-2-carboxylic acid (FFCA) and its dimethylacetal form (FFCA-acetal) was studied with a cobalt phosphide nanorod catalyst to yield 5-aminomethylfuran carboxylic acid (AMFCA) which can be potentially used as a monomer for biobased polyamides. Under optimized conditions, i.e. 0.5 mmol of FFCA-acetal, 5 mmol of NH₄OAc, substrate to catalyst ratio of 10 mol/mol, under 5 bar H₂ at 393 K for 3 hours in methanol/water 2/1 (v/v), AMFCA was obtained in 91% yield. Kinetic studies suggests that the reaction route via the hemiacetal form of FFCA-acetal is the key for efficient AMFCA formation.

プロピレングリコールは、保湿剤、乳化剤、プラスチック原料などに広く利用されているが、一般的には化石資源由来の酸化プロピレンの加水分解反応により製造されており、再生可能資源からの製造が期待されている。グリセリンやソルビトールの水素化分解反応によるプロピレングリコールへの変換は広く研究されている。しかし、ヘミセルロースから容易に製造されるキシロースからの変換反応はほとんど報告されていない。担持金属触媒を用いたキシロースの水素化分解反応によるプロピレングリコールへの変換を実施したので報告する。

Dehydration of glucose produces HMF, an important key intermediate for biorefinery processes. Crystalline and thermally stable mixed metal oxide YNbO₄ showed to possess Lewis acid and base sites able to catalyse HMF; however, a too pronounced basic character has a negative impact in HMF selectivity. In this work we investigate the role of the secondary A³⁺ metal in controlling the acid-base properties of the material. After a screening of several elements in the lanthanide series, YbNbO₄ was found to be the most selective to HMF (60% after phosphorylation). Several parameters of the material synthesis were studied; calcination temperature was found to greatly impact the properties of material.

潤滑油や化粧品などの原料であるイソステアリン酸の需要は年々増大している。マツ材由来の副生成物であるトール油脂肪酸の主成分はC₁₈不飽和脂肪酸(オレイン酸およびリノール酸)である。この不飽和脂肪酸の骨格異性化を行った後、さらに水素化して、イソステアリン酸が製造できると報告されている。そこで本研究では、種々のゼオライトにPt、Niを担持させた触媒を用い、不飽和脂肪酸からイソステアリン酸のワンステップ製造法を開発した。また、水の添加と固体酸触媒の酸量等の影響を評価した。

β-zeolite-Al₂O₃複合担体担持PtCoMo硫化物触媒を用いて、大豆油の環化脱水素化分解による芳香族製造を試みた。水素圧1.0 MPa 、460^oC 以上の温度条件で大豆油の転化率は90％以上を示し、500^oC 以上では100%に近い値を示した。PtCoMo触媒は、テストした最も高い温度580 ^oCで、類似の方法で調製したPtNiMo触媒よりも高い芳香族収率を示した。Ptの代わりにPdを用いた場合、PtCoMo触媒と比べて転化率が低下した。一方、Ruを用いた場合、転化率は向上したが、芳香族収率は低下した。PtCoMo触媒では活性な酸点量が多く、細孔構造が安定であったため、他の触媒より性能を示した可能性がある。

リグニンは芳香環が複数の結合様式で結合した三次元構造を有する高分子化合物である。リグニンを部分分解し有用な芳香族化合物を得る研究がされている。硫酸などの強酸を用いた分解方法では、反応後に塩基による中和処理が必要などの課題がある。高温水および高温炭酸水を溶媒かつプロトン源として加溶媒分解することで塩基による中和処理が不要となる。今回我々は高温のエタノール水溶液と二酸化炭素を用いるリグニンα-O-4モデル部位であるベンジルフェニルエーテルの加溶媒分解を検討した。

コロナ禍は石油メジャーズのDXを含むエネルギートランジション戦略を、実用主義から実存主義へ進化させる転機となったと考える。市場からの評価を高めるには、設備投資よりも財務健全化や配当回復が求められよう。

原油やC重油などの重質油はアスファルテンなどの高分子量成分を含んでいる。原油の生産から精製、貯蔵に至る工程においてこれらの成分が管等に析出・付着し、障害をもたらすことが知られているが、これらの付着性を評価する手法は確立されていない。本研究では、温度調節が可能な小型耐圧容器を含む試験装置を製作し、これを用いて圧力条件における重質油の付着性の評価を行うことを検討した。

気相でのメタノール水蒸気改質反応においては優れた触媒の開発が既になされているが，エネルギーコストを抑え素早く水素を取り出すには，液体状態のメタノールから高効率に水素を生成する触媒が求められる．本反応の達成には，水およびメタノールを隣接した触媒上で同時に活性化する必要がある．本研究では，Pt/LaO_x/TiN触媒がその活性点の形成を実現し，液相メタノールからの水素生成反応を促進することを見出した．

モリブデン亜酸化物は触媒活性点としての酸素欠陥と表面プラズモン共鳴に由来する可視光吸収特性とを兼ね備えている。本研究では、Pt担持モリブデン亜酸化物を用い、低温(~200 ℃)・常圧下での逆水性ガスシフト反応へ応用し、可視光照射が触媒活性に及ぼす影響について調査を行った。様々な検討の結果、可視光照射によって生じた励起電子が非発光的に熱へと変換されることで、反応速度が加速されるものと推測された。

炭化水素の水蒸気改質プロセスにおけるCO2削減の低炭素化を図るべく、改質後のガスから固体Ｃを捕集する技術を開発した。具体的には、改質場（S/C：１、700～800℃、Ni系構造体触媒）と炭素捕集場（Fe系構造体触媒）を装備した改質システムで、高い改質効率で合成ガスを製造しつつ、固体Ｃを連続的に約20％の捕集率で回収することに成功した。開発した反応システムは、低炭素型水素製造プロセスとなる。

Ni系またはRu系触媒を2段配置したスパイラル形構造体触媒システムによるO₂共存下でのCO₂のメタン化特性を評価した。本システムは、接触時間0.5秒以下の高速条件下でのCO₂転換率が、室温条件で70%以上であり、外部加熱の無い断熱保温の状態では80％を示した。また、エクセルギー評価からも優れた実用特性を有することが示された。

本研究ではアミン修飾Zr-MOFであるUiO-66-NH₂の構造内に欠陥サイトを有する光触媒材料を調製し、光触媒的過酸化水素生成反応へ応用した。構造欠陥を有するUiO-66-NH₂はソルボサーマル合成時に酢酸を添加することにより調製した。熱重量分析から、酢酸添加量に応じて、触媒内に欠陥サイトが導入されていることが確認された。本触媒を用いて、光照射下で過酸化水素生成反応を行ったところ、過酸化水素生成量は従来のUiO-66-NH₂よりも大幅に向上することが分かった。

固溶体触媒である亜鉛ジルコニアは、CO₂のメタノールへの水素化反応に特異な活性を示すことから注目されている。この触媒の構造は、X線回折やX線光電子分光、電子顕微鏡観察などの実験手法で調べられているが、原子レベルでの詳細な構造を明らかにすることは困難である。本研究では、密度汎関数計算（DFT計算）により亜鉛ジルコニアのバルクおよび表面構造を調べ、Zn種の固溶現象を原子レベルで検討する。また、亜鉛ジルコニア表面上でのCO₂水素化反応を調べ、その反応機構を考察する。