[スポンサーリンク]

一般的な話題

マイクロ波プロセスの工業化 〜環境/化学・ヘルスケア・電材領域での展開と効果〜(1)

[スポンサーリンク]

冒頭

マイクロ波化学は、1986年のTetrahedron Lettersに掲載された有機合成反応に端を発してから現在に至るまで、有機合成、ナノ粒子合成、重合、乾燥、焼成、フィルム加熱など様々な用途に適用されてきた。

実験室においては長らく新規プロセスとして研究され、数多く効果が確認・報告されている。しかしながら、化学プロセスとして工業化された例は無かった。

当社は、マイクロ波の反応系デザインおよび反応器デザインをプラットフォーム技術として、世界初のマイクロ波工場 (3,000 t/y以上、エステル合成/エステル交換、消防法対応込)を作って以降、様々なターゲットの事業化を推進してきた。

本シリーズでは、マイクロ波のアプリケーションに焦点を絞り、その原理や効果、経済的なメリット、新たなプロダクトの創出、スケールアップ事例について紹介する。

アプリケーション一覧表

下図は、マイクロ波応用例の一部である。中央にマイクロ波がエネルギー源として使用された単位操作(灰色)、周縁部にマイクロ波プロセスによって製造する物質を分野別に色分けして(青:ヘルスケア、赤:電材、緑:環境)表している。

マイクロ波の特長はその汎用性にあり、エネルギー源として、化学合成だけでなく、乾燥や分解、接着、焼成などさまざまな用途に応用が可能である。

 

マイクロ波との相性が良い系・悪い系

時間短縮・収率向上・無溶媒化・品質向上などさまざまなメリットが確認されているマイクロ波だが、ありとあらゆる系で優位性を発現できるわけではない。

下表に、マイクロ波との相性が良い例を示す。いずれにおいても、マイクロ波の選択加熱・直接加熱が前提となる。逆に、マイクロ波と相性の悪い代表例として挙げられるのが、低温反応である。マイクロ波は、特定の化学物質への選択的エネルギー伝達により微視的に非平衡的な局所加熱点を作る。これによって、反応促進等の効果を得るが、低温反応においては非平衡加熱を実現しにくい。

 

以降は、いくつかの具体的事例におけるマイクロ波の効果や優位性の原理について説明する。

プラスチックリサイクル(解重合、熱分解)

ESG経営、サーキュラーエコノミーの重要性が急速に増す昨今、ケミカルリサイクルはキーテクノロジーとして位置付けられている。しかし、高温な伝熱面との接触に依存した従来の外部加熱方式では、設備大型化、低効率、不純物生成などの課題が考えられる。

マイクロ波によるプラスチックケミカルリサイクルにおいては、反応場への波による直接的なエネルギー伝達が可能であるため、従来加熱のように高温な伝熱面(ジャケット加熱面)を必要としない。そのため、設備の小型化や設計温度の低減も可能である。さらに、化石燃料を必要とせず電気がエネルギー源となるため、コンビナートや既存工場の無い地域でのプラント立ち上げも可能である。

以下の例は、ポリエチレン (PE)の熱分解である。PEはマイクロ波を吸収しにくいため、反応系へ添加したマイクロ波吸収性のフィラーを選択的に加熱し、フィラーからの伝熱によりPEの分解を行う。外部伝熱面に依存する従来方式に比べると、伝熱面積が格段に大きく、また温度制御性やリアクター内部の温度分布も制御できるため、反応効率向上や選択率向上を期待できるものである。また、設備の小型化も同様に期待できる。

エステル合成(脱水反応)

マイクロ波化学反応は、脱水反応と非常に相性が良い。反応副生物である水を選択的に加熱し、系外へ除去することで、反応を促進することができるためである。また、反応速度向上に寄与するコンポーネント(Ex. 水や触媒)を選択的に加熱すればよいので、必ずしも系全体を加熱する必要がなく、低温化できるケースも見られる。

以下は、ブチルエステルの製造における、従来加熱(Ex. スチーム加熱)とマイクロ波加熱の経済性比較である。反応時間の短縮によって連続化を可能にし、低温化や収率向上も達成した。従来法に比べて、設備コストは1/3、消費エネルギーは1/4まで低減した。下の写真は当社保有のマイクロ波リアクターである。マイクロ波反応器は、連続式もしくはバッチ式、いずれも選択することができる。(写真は連続式)

また、脱水を伴う反応であれば、エステル合成に限らず、アミド合成、縮合重合など、広くマイクロ波を使うことができる。

次回は具体的事例について更に紹介する。

本記事はマイクロ波化学株式会社からの寄稿記事です。

会社プロフィール

マイクロ波化学株式会社

マイクロ波を活用した製造プロセスの開発や、従来技術では製造困難な新素材開発に取り組む阪大発ベンチャーです。この技術は、医薬、電子材料、食品、燃料など、幅広い分野における製造プロセスへ応用が可能で、弊社は国内外の様々なメーカーとの共同開発や独自プラント立ち上げを通し、化学産業のオープンイノベーションを推進しています。

大阪府吹田市山田丘2番8号テクノアライアンス棟3階

代表番号:06-6170-7595

メール:info@mwcc.jp

URL:https://mwcc.jp/

Avatar photo

webmaster

投稿者の記事一覧

Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

関連記事

  1. 女性化学賞と私の歩み【世界化学年 女性化学賞受賞 特別イベント】…
  2. 有機化合物で情報を記録する未来は来るか
  3. 【四国化成ホールディングス】新卒採用情報(2027卒)
  4. 脱芳香化反応を利用したヒンクデンチンAの不斉全合成
  5. ハイブリット触媒による不斉C–H官能基化
  6. キシリトールのはなし
  7. アミロイド線維を触媒に応用する
  8. “click”の先に

注目情報

ピックアップ記事

  1. 多環式骨格を華麗に構築!(–)-Zygadenineの不斉全合成
  2. 理化学研究所、植物の「硫黄代謝」を調節する転写因子を発見
  3. 研究室での英語【Part 3】
  4. カルノシン酸 : Carnosic Acid
  5. 研究者1名からでも始められるMIの検討-スモールスタートに取り組む前の3つのステップ-
  6. 世界最小!? 単糖誘導体から還元反応によって溶ける超分子ヒドロゲルを開発
  7. E-mail Alertを活用しよう!
  8. 国際化学オリンピックで今年も好成績!
  9. 味の素グループの化学メーカー「味の素ファインテクノ社」を紹介します
  10. 中学入試における化学を調べてみた 2013

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2020年10月
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

最新記事

アンモニウム構造によりラジカル種の発生位置を完全に制御!

第710回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理工学研究科 村上研究室の榊原 陽太(さかきばら …

化学つれづれ草【ある研究者の回想】

概要物理化学者で量子機能材料を専門とする著者によるエッセイ集.化学者としての研究,教育,人生…

第60回有機反応若手の会

開催概要有機反応若手の会は、有機化学分野で研究を行う全国の大学院生を中心とした若手研究者が集い、…

ノーベル賞受賞者と語り合う5日間!「第18回HOPEミーティング」参加者募集!

申し込みはこちら概要主催:独立行政法人 日本学術振興会(JSPS)開催地:神奈川…

光触媒による高効率なCO2還元の実現―まさかの光を弱く当てることが重要だった―

第709回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 理学院(前田研究室)博士後期課程2年の仲田竜一 …

「π-πスタッキング」という言葉が生む誤解【芳香環の相互作用を見直す: 前編】

芳香環が平行に並んで近接しているとき、その構造を「π–π スタッキング」と表されることがよくあります…

一重項酸素によるC(sp2)−P結合切断を用いた長波長光によるリン化合物のアンケージング

第 708 回のスポットライトリサーチは、同志社女子大学 薬学部 医療薬学科 5…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける画像解析の活用ガイド

開催概要材料開発において、電子顕微鏡やX線トモグラフィーを用いて材料の微細構造を観察するために画…

世界初のPROTAC医薬、ついに承認 ―「タンパク質を阻害する」から「分解する」時代へ

2026年5月、創薬化学の歴史に残る大きな出来事が起きました。米国 FDA は、…

有機蛍光とは異なる新しい有機りん光の分子設計指針の発見

第707回のスポットライトリサーチは、電気通信大学 情報理工学研究科(牧昌次郎研究室)の林希久也 助…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP