【化学】東大と九大、安価な鉄錯体による常温常圧でのアンモニア等価体の合成に成功

　東京大学(東大)と九州大学(九大)の研究グループは、単純で安価な鉄錯体を触媒に
用いて常温常圧の反応条件下で窒素ガスを還元することに成功し、アンモニア等価体
であるシリルアミンを触媒的に合成する方法の開発に成功したことを発表した。

　同成果は東大大学院工学系研究科附属総合研究機構の 西林仁昭 准教授らの研
究グループと九大先導物質化学研究所の吉澤一成 教授らの研究グループによるも
の。詳細は12月4日付の英国科学誌「Nature Communications」オンライン速報版にて
掲載された。

　窒素は、核酸、アミノ酸、タンパク質などに含まれる生命活動維持に必須な元素であ
るとともに、医薬品、化学繊維および肥料などに含まれる近代文明生活を営むために
必要不可欠な元素の1つとなっている。窒素は、ガスとして大気中の約80%を占め地球
上に豊富に存在しているが、人間を含めた動物や植物はこの窒素ガスを直接取り込む
ことはできず、植物から直接的に、もしくは動物から間接的に植物の作り上げた含窒素
有機化合物を食料として摂取し、体内で必要な化合物へと変換している。

　また、現代の経済活動において活用される窒素の大部分は、鉄系触媒存在下で窒素
ガスと水素ガスとから合成されるアンモニアにより供給され、それを窒素肥料の原料と
することで、食料の増産を実現してきた。しかし、この20世紀最大の発明の1つである工
業的窒素固定法「ハーバー・ボッシュ法」は、高温高圧(400〜600℃、200〜400気圧)と
いう反応条件が必要なエネルギー多消費型のプロセスで、その反応に必要な水素ガス
の製造も含めると、全人類が消費するエネルギーの数%以上がこれに消費されていると
いわれている。そのため、より温和な反応条件下で、化学的に不活性な窒素分子をアン
モニアや含窒素有機化合物へと変換する反応の開発が、将来的な持続的社会を実現
するためにも、必須とされている。

　研究グループは今回、フェロセンや鉄カルボル錯体に代表される鉄粉などから簡単
に合成できる安価な鉄錯体を触媒として利用することで、常温常圧の温和な反応条件
下で窒素ガスを還元し、アンモニア等価体であるシリルアミンへと触媒的に変換する反
応を開発することに成功した。

　具体的には、還元剤としてNa、求電子試薬としてMe3SiCl(塩化トリメチルシラン)を用
いて、常温常圧の窒素ガス雰囲気下室温で20時間反応させることでシリルアミンを生成
した。鉄触媒当たり最高34当量のアミンが生成され、生成したアミンは水と接触させるこ
とで定量的にアンモニアへと変換することが可能である。また、鉄粉に一酸化炭素を吹
き付けることにより容易に合成可能な「鉄カルボニル」や塩化鉄から容易に合成可能な
「フェロセン(構造などを明らかにした研究がノーベル化学賞を受賞したこともある)」とい
った合成が容易な鉄錯体が触媒として利用可能であることも特長だという。

　大量の化石燃料を必要とするハーバー・ボッシュ法に代わる次世代型窒素固定法とし
て、こうした合成法はこれまでも研究グループなどにより常温常圧の窒素ガスからのアン
モニアおよびアンモニア等価体の合成として達成されていたが、いずれの反応系でも希
少金属(レアメタル)であるモリブデンを触媒として利用する必要があった。今回の研究で
は、入手が容易で安価な鉄を利用した反応であり、大幅なコストダウンが可能となる。

　そのため研究グループでは今回の成果について、ハーバー・ボッシュ法に代わり得る
潜在能力の高い次世代型窒素固定法開発を推し進めるための重要な知見であり、省
エネルギープロセス開発に向けて期待できる画期的な研究成果だと説明している。

ソース：マイナビニュース
http://news.mynavi.jp/news/2012/12/06/052/index.html

画像
http://news.mynavi.jp/news/2012/12/06/052/images/011l.jpg

★依頼スレ＠レスhttp://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1350474444/290番より

関連スレ
【化学】窒素と水からアンモニアを製造する手法　省エネルギーを実現した新たな触媒が開発される／東工大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1350937307/

体体がどうした？

おーすげーなこれ
しかし、Naの単体を大量生産するのにけっこうコストかかるんじゃね？

これは凄い　　　　　




のかどうかさっぱりわからん

ノーベル賞？

これは革命だ

>>5
実用化されたら取れるんじゃないかな
ハーバー・ボッシュ法でも取ったわけだし

アンモニアを制する者は世界を制するって言われた時代もあった。
身近でいて非常に有用な成果だね。

窒素からアンモニア合成でハーバーボッシュ法を超えた！

つか、前にもこの手のスレ立ったんじゃね？

>>9
最近３つくらい見たぞ
水と窒素からの合成と、>>1にある低エネルギールテニウム触媒

単位時間当たりの生産性ってどうなんかね
同じ規模の施設で同量の窒素固定に40倍の時間がかかります
とかだと、だだっぴろい生産施設が…

昔聞いた話であるよ。
人間や生物が体内でいろんな科学的合成や反応を行っている。
当たり前だが、此れを外部で同じような科学的結果を生じさせようとすると
物凄い高熱や密閉的施設が必要である。
36、５度の体温で行っているのが生物の不思議である　それはそうだ。

酵素を自在に運用できたら凄いだろうね

たしかに。

実用化されたら、ノーベル賞ものだ。

最近の化学は、自分ところの分野で大した発見が無いから、医学生理学に対して出しているからな。

>>1
どういう事？
ストパンで例えてくれ。

つまり女王様の黄金水が作り放題ってことなんだろ？

九大初のノーベル賞

化学肥料が劇的に安くなり、特許を持ってる日本が大儲け、までは読んだ。

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過去の特許記録を作り出す国がアップを始めそうだ。軍事力を背景にした。

アンモニアなんて生物が毎日放出してる尿からどうにか出来ないの？
JK、JC、JS100%のアンモニアがその他よりも割高になるって問題は置いといて

��ハーバー ボッシュ法の代替��
研究が流行しているのは何か理由あるの？

>>1に書いてあるやん
簡単に言えばエネルギーをバカ食いするのが問題ってこと

その問題は百年前からあったわけだろ。
この板を「アンモニア」で検索したら三つのスレが見つかるし、
それぞれ別のチームが別の手法でアンモニアを低温合成してる。
何で最近になって？ということ。

偶然タイミングが合っただけじゃね

工業的に実用レベルになるのはいつごろ？

＞還元剤としてNa、求電子試薬としてMe3SiCl

はい使い物になりませんね。

>>15
エーリカの柔軟さとバルクホルンの力強さを備えた新人が５０１に編入してきたが、役に立つかはまだ分からない状態

【化学】窒素と水からアンモニアを製造する手法　省エネルギーを実現した新たな触媒が開発される／東工大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1350937307/
　　　　↑
これは「窒素と水素から」の間違い。

他に、

【化学】窒素と水からアンモニア−脱化石燃料の合成に道　東京農工大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1350481087/

TMSCｌじゃないとあかんのか？

20時間wwwww

高温高圧にしたら速度上がります、ってかw

>>12
牛が常温核変換してるってあれか

生体内核融合だろ。
テッポウエビやスクリューによるバブル核融合ってのもある。

つまり、生物電池の世界くるー？

>>33
読んでないけど、将来の魚雷や潜水艦が水中をマッハだかですっ飛ぶってあれか？

あれできたら潜水艦が戦争の主力に成るんだろうな

「ハーバー・ボッシュ法」工業化１００年、アンモニアに再び脚光
http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720130107eaad.html
いまだに基本原理は覆されていないが、長年の課題だった合成プロセスの省エネルギー化は進んでいる。
そして今、アンモニアがエネルギー媒体として注目され始めた。

アンモニアを省エネ製造する触媒　東工大や東大
http://www.nikkei.com/article/DGXNASGG31003_W3A100C1TJM000/

東工大・細野教授ら、新規ルテニウム触媒によるアンモニア合成で緊急シンポ開催
http://sustainablejapan.net/?p=3301
ハーバー・ボッシュ法による高温高圧でのアンモニア量産プラントは、100年の歴史の中で
確立された技術である。新規ルテニウム触媒の特徴である低温低圧プロセスでこれを
単純に代替しても、すぐに省エネルギー化が図れるわけではないことが分かる。

新規ルテニウム触媒が本当の意味でハーバー・ボッシュ法を超えるインパクトを持つのは、
エネルギーをアンモニアの形態で保存し燃料電池用の水素生成に使用したり、あるいは
アンモニア発電所で直接燃焼させることで、二酸化炭素の排出がないクリーンな
エネルギー循環が実現するときかも知れない。

「アンモニアによる安価で効率的な再生可能エネルギー貯蔵技術」 デンマーク工科大Riso国立研究所らが開発推進
http://sustainablejapan.net/?p=99

臭いアンモニアから、明るい未来が見えてくる
http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/nishiba/img/interview01.pdf

この間、ハーバー・ボッシュ法を習ったばかりなのに　(´・ω・｀)

ルテニウム先物でも買えｗ

先進国では土壌が窒素過多、硝酸イオン過多になっていると問題になっている
一方で途上国では窒素肥料はまるで足りていない

>>36
こっちのルテニウム触媒のやつの方が良さそうな気がするね。

HB法が
200〜1000気圧
400〜600℃
に対して

新規ルテニウム触媒は
反応活性化エネルギーが半減
10気圧程度で動作可

みたいなので、単純に省エネルギーだし
設備も安価にできそう。

触媒かぁ

>>39
そう簡単には行かないみたいだよ。

合成したアンモニアガスを冷却して液化するプロセスを考えると、
高圧ガスでは冷却水を使って液化できるのに対して、低圧ガスの液化には冷凍システムが必要となる。
冷凍システムで−30℃程度まで冷却すると1.0程度の熱量が必要になり、
冷却水による高圧ガスの冷却に要する熱量0.3程度から逆に投入エネルギーが増えてしまう。
結局、反応セクション全体での投入エネルギーを合算すると、
高圧プロセスの0.51が低圧化することによって0.76程度まで増えてしまうという試算となった。
また、プラントの設備コストについて考えると、触媒の高活性化によって反応器を小型化できるが、
低圧化は逆に反応器や周辺機器の大型化につながるとの指摘もあった。
http://sustainablejapan.net/?p=3301