省エネで有価物も得られる新たな窒素循環技術の開発：有害な廃棄物を資源に変える窒素循環技術（7）（2/3 ページ）

[産業技術総合研究所 首席研究員／ナノブルー 取締役 川本徹，MONOist]

窒素循環の社会実装に向けて

　図2に、排ガス中のNOxの処理や排水中における窒素化合物の処理の現状、目指す将来像を示します。排ガス中のNOxは従来、本連載の第5回で紹介した通り、選択的触媒還元法（SCR）や無触媒脱硝システム（SNCR）などを利用して窒素ガス（N₂）に無害化されています。

図2 実現を目指す排ガス／廃水中窒素化合物の資源化システム［クリックで拡大］ 出所：産業技術総合研究所

　SCRやSNCRは、いずれもNH₃を添加してNOxを還元する方法で、外部からのNH₃の供給が必要になります（図2の左上）。これらの方法に代わり、新たな方法として、NOxをN₂ではなく、NH₃に変換し、循環NH₃を生産することを考えています。

　NOxをNH₃に変換するのは、還元反応なので、還元剤の添加が必要ではあるのですが、水素（H₂）や炭化水素（HC）、一酸化炭素（CO）など、さまざまな物質が利用可能になります。例えば、燃焼排ガスを処理する場合、燃料が水素や炭化水素ならそれをそのまま利用できますし、燃焼排ガス中にCOが含まれていれば、それも使えます。利用可能な還元剤は場所によって異なりますので、場所ごとに合わせた技術を利用できるようにしたいと考えています。

　生産した循環NH₃の用途としては、まず、NOxの半分をNH₃に転換することで、残り半分のNOxを無害化することに使えます。さらに全てのNOxを循環NH₃に変換できれば、そのまま燃料や合成NH₃の代替としての活用が期待されます。

　廃水中の窒素化合物の処理は、本連載の第6回で紹介した通り、活性汚泥法という生物処理が主です。活性汚泥法ではまず、硝化菌によって硝酸（NH₃）などに変換後、脱窒細菌によりN₂に無害化します。

　ここで課題となるのがばっ気に必要な電気です。生物が硝酸などを合成する際に酸素が必要なため、空気を水中に送り込む必要があるのですが、その電気代が結構かかります。これを解決するために、省エネルギーで窒素分をNH₄⁺に変換する新たな生物処理技術と、得られたNH₄⁺を取り出し、循環NH₃を生産する分離濃縮技術を開発しています。

　これにより、処理に必要なエネルギーを減らすことができるだけでなく、これまで無害ですが価値のない窒素ガスにしていたところが、有価物である循環NH₃として生産できるようになるのです。