| 第1章 人類の繁栄を支えて来たエネルギー |
| 1.1 無限から有限 1 |
| 1） 湯水のごとく 1 |
| 2） 二酸化炭素は何処から何処へ 3 |
| 2－1） 増加の原因 4 |
| 2－2） 地球上の二酸化炭素の収支 4 |
| 3） 気候変動と温暖化と二酸化炭素濃度 6 |
| 4） 1次エネルギー消費量と温暖化の功罪 7 |
| 5） マイナス分を最小化する 9 |
| 6） 火力発電とカルノー効率 9 |
| 7） 発電効率を1％改善する意味 11 |
| 7－1） 高温化で効率改善 11 |
| 7－2） 効率向上は倍返しの効果 12 |
| 1.2 大量消費のきっかけ 13 |
| 1） 産業革命前夜の農業革命 13 |
| 2） エネルギーの大量使用の始まり 14 |
| 2－1） コークスによる鉄精錬法 14 |
| 2－2） 蒸気力の利用 14 |
| 2－3） ワットのクランク機構 15 |
| 2－4） 大量輸送を可能にした汽車と汽船 16 |
| 3） 産業革命の拡がり 16 |
| 3－1） 産業革命の3要素 16 |
| 3－2） 流通基盤としての鉄道 17 |
| 4） 日本の産業革命 18 |
| 1.3 人類の増殖 21 |
| 1） 石炭から石油へ 21 |
| 2） 人口とエネルギー・環境との関わり 22 |
| 3） 人口の爆発的増加と産業革命 23 |
| 4） 近代工業化以前の日本の人口増加 24 |
| 4－1） 日本の人口の変遷 24 |
| 4－2） 近代化以前の人口の上限 25 |
| 1.4 エネルギーか食料か？ 26 |
| 1） 生きていくに必要なもの26 |
| 1－1） 1945年夏の光景 26 |
| 1－2） 油断か食断か 27 |
| 2） 食糧確保と化学品の高騰の間のドミノ現象 28 |
| 2－1） 中国を誰が支えるか 28 |
| 2－2） 肥料とナイロン 29 |
| 3） バイオエタノールの自動車燃料化 29 |
| 3－1） ブラジルのエタノール車 29 |
| 3－2） 米国のエネルギー戦略 30 |
| 3－3） 日本のバイオエタノール導入策 31 |
| 4） バイオマス イコール 廃棄物 33 |
| 5） 食用植物がバイオエネルギーになる 34 |
| 5－1） バイオエタノールの製造法 34 |
| 5－2） バイオエタノールの生産量 35 |
| 6） 食料とエネルギーとの競合 37 |
| 6－1） 非食材部のエネルギー利用が重要 37 |
| 6－2） 食品の値上がり 37 |
| 1.5 自然生態系の食物連鎖 38 |
| 1） 食物連鎖 38 |
| 2） 生産者と分解者の共存が生物圏維持の源 39 |
| 3） 自然系から人工系連鎖への脱出平 40 |
| 1.6 衣食住プラス燃 41 |
| 1） 人工系の物質循環と環境負荷 41 |
| 2） 物質不滅則と炭素分のリサイクル 42 |
| 3） 鉄のリサイクル 43 |
| 4） アルミニウムのリサイクル 44 |
| 5） 衣食住ではなく衣食住燃 44 |
| 6） 燃との関係の始まり 45 |
| 6－1） 原人の登場 45 |
| 6－2） 新人の台頭と拡がり 47 |
| 6－3） 火への接近 48 |
| 6－4） 火力と脳力 48 |
| 1.7 日本が生き延びていくための術 50 |
| 1） エネルギー自給自足状態で日本の人口保有力 50 |
| 1－1） 1次エネルギー消費と自給率 50 |
| 1－2） 国内自給が可能なエネルギー 52 |
| 2） 食料自給自足状態で日本の人口保有力 53 |
| 1.8 0.01％の淡水の争奪 53 |
| 第1章の注釈 55 |
| 第2章 エネルギーとしての水素 |
| 2.1 有限なエネルギー資源 63 |
| 1） 定住化がもたらした最初のエネルギー危機 63 |
| 2） 人間社会維持には生命維持エネルギーの46倍必要 64 |
| 3） 石油危機（オイルショック）勃発は予測できた 66 |
| 3－1） 成長の限界 66 |
| 3－2） 持てない国の過敏症 68 |
| 4） 地球を構成する元素 69 |
| 5） 無限にあって有限な水素 70 |
| 6） 0次エネルギーと脱炭素化 77 |
| 7） 作られるクリーンエネルギー“水素” 72 |
| 8） それ故省エネルギー化の必要な水素製造 73 |
| 2.2 水素あれこれ 74 |
| 1） 水素はどこで作られた 74 |
| 2） 水素はどこに在る 74 |
| 3） 水素の性質 75 |
| 3－1） 水素の温暖化効果 75 |
| 3－2） 液化 76 |
| 3－3） 水素の化合物 77 |
| 第2章の注釈 79 |
| 第3章 水素を造る・貯める・運ぶ |
| 3.1 化石資源を使うカーボン依存の水素製造 84 |
| 1） 都市ガス（天然ガス）を原料とした水素製造 84 |
| 2） 製鉄用コークス炉ガス 86 |
| 3） メタノールを原料とした水素製造 86 |
| 4） サーモ・ニュートラルな水素製造 86 |
| 3.2 バイオマスを使うカーボン・ニュートラルな水素製造 88 |
| 1） カーボン・ニュートラルの概念 88 |
| 2） 超臨界水を利用した水素製造技術 90 |
| 2－1） 超臨界水の特徴 90 |
| 2－2） 超臨界水によるバイオマスのガス化 91 |
| 2－3） 油やポリマーのガス化 94 |
| 3） バイオ水素（発酵、光合成） 96 |
| 3.3 自然エネルギーを使う脱カーボンの水素製造（創工ネ） 97 |
| 1） 太陽エネルギーは毎秒420万t降る石油の雨に相当 97 |
| 2） 0次エネルギーとしての自然エネルギー 97 |
| 3.4 原子力を使うカーボン・フリーの水素製造（疑1次エネルギー） 100 |
| 1） 何故原子力なのか 100 |
| 2） 原子力エネルギーを利用した水素製造方法 101 |
| 2－1） 海洋ウラン 101 |
| 2－2） エネルギー輸送媒体としての水素 102 |
| 3） 核熱の水素への変換 102 |
| 4） 熱化学反応で水を分解する 103 |
| 5） 1970年代の熱化学法水素製造の研究 104 |
| 6） 熱化学水素製造への再挑戦 106 |
| 3.5 化学反応を利用する水素貯蔵・輸送 107 |
| 1） 水素を貯蔵する材料 107 |
| 2） 水素貯蔵用化学物質の候補 109 |
| 3） ケミカルハイドライドからの水素回収 111 |
| 3－1） 直列逐次型から並列同時処理型へ 111 |
| 3－2） “ル・シャトリエ”プロセス 112 |
| 第3章の注釈 114 |
| 第4章 進化する膜分離技術 |
| 4.1 ろ過から膜分離へ 118 |
| 4.2 膜分離発展の加速 118 |
| 1） 第1例 ウラン濃縮 119 |
| 1－1） ウランの分離法 119 |
| 1－2） 多孔質膜の利用 120 |
| 2） 第2例 細菌検出と海水の真水化 121 |
| 3） 非対称構造膜の発明 121 |
| 4.3 膜分離技術の現状 124 |
| 1） 海水淡水化（真水化） 125 |
| 2） 食品工業 127 |
| 3） 医療・製薬・健康 129 |
| 4） ソーダ工業 130 |
| 5） 半導体工業 131 |
| 6） 化学工業ほか 131 |
| 4.4 膜技術の展開（無機膜の台頭） 133 |
| 1） ゼオライト膜 134 |
| 2） パラジウム膜 134 |
| 2－1） 天然ガスからの水素製造反応の低温化 136 |
| 2－2） メンブレンリアクターによる低温水素製造 137 |
| 3） 多孔質セラミックス膜 138 |
| 3－1） 微小細孔（メソポーラス）膜 138 |
| 3－2） 極微小細孔（ミクロポーラス）膜 139 |
| 4.5 膜技術の進化の方向 141 |
| 第4章の注釈 141 |
| 第5章 水素分離と膜技術 |
| 5.1 水素の分離 145 |
| 1） 深冷分離法と液化 146 |
| 1－1） 水素の液化 146 |
| 1－2） 液化プロセス 147 |
| 1 －3） 液化水素の商業生産 148 |
| 2） 吸着分離法 148 |
| 3） 膜分離法 150 |
| 5.2 膜による気体分離性能を決めるパラメータ 152 |
| 5.3 多孔質膜材料 154 |
| 1） ガラス膜 154 |
| 2） カーボン膜 157 |
| 3） ゼオライト 158 |
| 4） ゾル－ゲル膜 161 |
| 5） 化学的気相蒸着（CVD） 162 |
| 6） 陽極酸化アルミナ膜 164 |
| 5.4 非多孔貿膜材料 165 |
| 1） 有機高分子膜 165 |
| 2） イオン伝導膜 166 |
| 2－1） 固体電解質 166 |
| 2－2） 混合伝導体 166 |
| 3） 金属膜 167 |
| 3－1） 材料 167 |
| 3－2） 薄膜化 169 |
| 5.5 気体分離膜の透過特性 174 |
| 1） 多孔質膜の気体透過 174 |
| 1－1） メソポーラス膜中の気体透過 176 |
| 1－2） ミクロポーラス膜中の気体透過 181 |
| 1－3） 支持体の透過性能 181 |
| 2） 有機高分子膜中の気体透過 181 |
| 3） パラジウムなど金属膜中の水素透過 182 |
| 3－1） 水素透過機構 182 |
| 3－2） パラジウムの水素溶解度と水素脆性 185 |
| 3－3） 水素脆化対策 187 |
| 3－4） 合金膜の水素透過性能 187 |
| 4） イオン伝導膜 189 |
| 4－1） 固体電解質 189 |
| 4－2） 混合イオン伝導膜 189 |
| 5.6 複合膜の性能 190 |
| 1） 複合膜化の意義 190 |
| 2） 多孔質複合膜の透渦性能 190 |
| 2－1） 気体透過速度式 190 |
| 2－2） 分離層の透過係数と厚さの影響 193 |
| 3） パラジウム複合膜 194 |
| 3－1） 水素透過速度式 195 |
| 3－2） 水素透過速度への操作圧の影響 195 |
| 4） セラミックスや金属膜の水素透過性と分離選択性 197 |
| 第5章の注釈 198 |
| 第6章 反応分離への膜の挑戦 |
| 6.1 分離を伴う反応 202 |
| 1） 分離を促進するための反応 202 |
| 2） 反応を促進するための分離 202 |
| 3） 反応と分離との結合 203 |
| 4） 膜の優位性 203 |
| 6.2 無機膜が反応を変える 204 |
| 6.3 水素が関わる化学反応におけるいくつかの課題 205 |
| 1） 反応平衡による限界 205 |
| 2） 反応選択性の向上 206 |
| 3） 反応活性種の生成 206 |
| 4） 反応物や生成物の精製 206 |
| 5） 反応熱供給と除去 206 |
| 6.4 膜の利用方法と効果 207 |
| 6.5 反応平衡を打破する（生成物分離型） 208 |
| 1） 反応平衡と平衡転化率 208 |
| 2） 反応平衡と既存の反応プロセス 211 |
| 3） 既存の反応プロセスとメンブレンリアクター利用プロセス 212 |
| 4） 実際の反応での水素分離効果 213 |
| 4－1） 単純な脱水素反応（シクロヘキサン脱水素） 213 |
| 4－2） 生成物阻害の強い脱水素反応（エチルベンゼン脱水素） 213 |
| 4－3） 反応開始剤として水素が関わる反応（n－ヘキサン改質反応） 214 |
| 4－4） 水蒸気改質による水素製造反応（メタノール、メタン） 215 |
| 4－5） 水素化物の分解反応 216 |
| 6.6 水素分離型メンブレンリアクターのモデル化と性能 217 |
| 1） 分離駆動力と反応操作法 217 |
| 1－1） 並流・向流操作による生成物の単純分離（スイープ法） 217 |
| 1－2） 加圧・減圧・真空法 218 |
| 1－3） 電圧印加法 218 |
| 2） 評価法 219 |
| 3） 並流、向流型および加圧・減圧・真空型メンブレンリアクターの比較 220 |
| 3－1） シミュレーションによる比較 220 |
| 3－2） 限界転化率 222 |
| 3－3） 試験結果の比較 224 |
| 4） 反応性スイープガスを用いた並流型メンブレンリアクター 225 |
| 5） 分離膜の選択性と膜反応器性能 227 |
| 5－1） 実用化が近づくメンブレンリアクター 227 |
| 5－2） 膜性能と反応成績 228 |
| 6.7 水素回収率向上のための反応操作条件 231 |
| 1） 反応温度 232 |
| 2） 限界水素回収率 232 |
| 3） 予備反応層 234 |
| 6.8 今後への期待 236 |
| 第6章の注釈 237 |
| 第7章 触媒膜反応への挑戦 |
| 7.1 触媒膜材料 241 |
| 1） パラジウムおよびその合金 242 |
| 2） 銀 243 |
| 3） 固体電解質 244 |
| 3－1） 酸素イオン伝導体 244 |
| 3－2） 水素イオン伝導体 245 |
| 4） リン酸（プロトン伝導体） 246 |
| 5） 混合伝導体 247 |
| 6） ゼオライト膜 248 |
| 6－1） 反応物規制による選択性 248 |
| 6－2） 生成物規制による選択性 250 |
| 6－3） 遷移状態規制による選択性 250 |
| 7） 触媒担持多孔質膜 250 |
| 7.2 触媒膜を利用した反応 252 |
| 1） パラジウム系膜による脱水素や水素化反応 252 |
| 1－1） 脱水素反応 252 |
| 1－2） 水素化反応 253 |
| 1－3） 2つの反応のカップリング 256 |
| 2） 銀膜による酸化反応 259 |
| 3） イオン伝導体による諸反応 260 |
| 3－1） 炭化水素の熱分解等 260 |
| 3－2） 水蒸気、二酸化炭素分解 260 |
| 3－3） 酸化脱水素反応 262 |
| 3－4） 部分酸化反応 263 |
| 3－5） メタンの二量化 264 |
| 3－6） メタンの部分酸化 264 |
| 4） ゼオライト膜による脱水と形状選択反応 265 |
| 5） 触媒担持多孔質膜による反応の高選択化 268 |
| 5－1） バナジウム担持多孔質アルミナ（対向流型） 268 |
| 5－2） ヘテロポリ固定化（生成物分離型） 270 |
| 5－3） ポリアクリル酸担持多孔質膜（ポア・スルー型） 277 |
| 6） 特殊な触媒膜反応（還元的酸化反応） 273 |
| 6－1） 現行のフェノール合成 273 |
| 6－2） ベンゼン直接酸化の原理の実証 276 |
| 6－3） 反応試験 276 |
| 7.3 触媒膜反応の設計 280 |
| 1） 触媒膜反応の決定因子 280 |
| 2） 触媒膜中の反応領域 281 |
| 7.4 触媒膜反応の課題と将来 283 |
| 第7章の注釈 284 |
| 巻末表 286 |
| 引用文献 292 |
| 索引 294 |
