1. 炭素循環社会に貢献する炭素資源転換化学およびプロセス工学基盤確立に向け反応工学研究
1.1. 超多成分が関与する複雑系の分子レベル反応シミュレーションと反応系設計
1.2. 革新的炭素資源変換とコプロダクション実現のための熱化学反応シーケンスの開発
1.3. 多孔質固体のメソ・ミクロ細孔，炭素系資源の高分子鎖間隙を反応場に利用する資源変換法の開発
1.4. 化学エネルギー回収率を最大限に高めるための低温迅速ガス化
1.5. カーボンニュートラル・ネガティブコプロダクションシステムおよび要素プロセス
1.6. バイオマスを起点とするスマート化学生産システム
1.7. 低品位炭素資源を原料とする高品位炭化物および炭素材料製造法の開発
1.8. ケミカルズ製造のためのバイオマス熱分解法の開発
キーワード：炭素資源，転換，コプロダクション，カーボンニュートラル，カーボンネガティブ，水素，化学生産，ガス化，熱分解，炭化，プロセス設計，反応機構，反応速度論，化石資源，バイオマス
2009.03～2025.03.

バイオマスを原料とする化学品・燃料・炭素材マルチプロダクション
2019.04～2021.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学（日本）.

炭素資源からの電力・二次炭素資源コプロダクションによる二酸化炭素排出の大幅削減
2016.03～2021.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学.

バイオマス・石炭ガス化プロセスに関する反応工学的研究
2015.04～2022.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学.

バイオマスを活用するスマート化学生産システム
2015.09～2023.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学他、国内大学、国立研究機関、企業.

セルロースとの共熱分解による無機塩化物のスプリッティング
2014.04～2017.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 文部科学省科学研究費　挑戦的萌芽研究
バイオマスプロセッシングへの酸あるいはアルカリの適用は，とくに脱金属や成分分離等の改質，水溶性成分の転換（接触水熱ガス化，接触水素化等，電気化学的酸化・還元）に対して有効あるいは必須であることが多い。本研究は，無機塩化物とセルロースを相互接触状態で加熱する熱分解を検討し，この熱分解が塩酸，有機酸およびアルカリをそれぞれ水溶液として得るためのプロセスとして成立するか否かを検証することを目的とする。無機塩化物がセルロースの熱分解に対して触媒的に作用する事前の知見を踏まえ，操作条件と生成物（塩酸，有機酸，単糖類等の揮発性低分子化合物，残留固体）の収率・組成の関係を明らかにし，これにより炭素資源を利用する酸・アルカリ製造の科学・技術を開拓する。.

褐炭の溶剤水素化による高性能粘結材の製造に関する研究
2015.03～2017.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, NEDO国際共同研究（低品位炭素資源を原料とする高強度・高反応性コークス製造法の確立）
褐炭を可能な限り温和な条件のもとで溶剤水素化、軽質化し、生成物を非微粘結炭（コークス原料）に配合する粘結材として適用する技術の基盤を確立する。.

炭素資源由来炭化物のガス化反応機構・速度論に関する研究
2016.06～2021.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学.

バイオチャー・アシストによる高効率水電解
2016.03～2018.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学.

リサイクル反応系を導入したバイオマスのシーケンシャル改質・転換
2014.04～2017.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 文部科学省科学研究費　基盤研究A
バイオマスを180°C（飽和蒸気圧＝1 MPa）以下の温度でセルロース・ヘミセルロース由来の有機酸と金属イオンフリーの改質リグニンに転換・改質する改質液リサイクル式水熱処理，そして，改質リグニンからフェノール類を15%以上の収率で得る重質油リサイクル式熱分解を開発する。さらに，熱分解チャーの無触媒水蒸気ガス化，成型リグニンの重質油リサイクル式熱分解によってそれぞれ比表面積＞2,500 m2/gの活性炭，引張強度＞50 MPaの炭化物を調製する。水熱処理については「高濃度化した自生有機酸を触媒とする炭水化物転換の促進」の原理を明らかにし，一方，改質リグニンの転換については，改質リグニンがアルカリ・アルカリ土類金属フリーであるがゆえに上記のプロセス・製品スペックが達成可能であることを証明し，これらにより新規バイオマスシーケンシャル改質・転換の有効性を示す。.

官能基熱分解が駆動する炭化物の迅速水蒸気ガス化
2009.04～2011.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 文部科学省科学研究費：基盤B
石炭，バイオマス等の固体炭素資源の熱分解によって生じる炭化物（チャー）と水蒸気との反応，すなわち水蒸気ガス化の速度を，チャー表面のラジカルが駆動するガス化反応および熱分解においてチャーと同時に生成する気相成分（揮発成分）とチャーとの化学相互作用の排除を実現することによって，従来よりも1〜2桁引き上げることを試みる．(1)揮発成分-チャー化学相互作用（VCI）の排除と熱分解駆動ガス化の概念を適用することによって，迅速熱分解チャーの水蒸気ガス化比速度（温度＜900℃以下）を0.1〜1 s-1に引き上げる。(2)熱分解駆動ガス化におけるチャーの反応性が残存官能基の量・分布に支配されるかどうか明らかにする。(3)熱分解駆動ガス化特性に対するアルカリ・アルカリ土類金属種（K, Na, Ca）の触媒的役割を解明する。.

バイオマスの接触水熱改質
2010.02～2015.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 九州大学
非可食植物油，リグニン等のバイオマスを，水を酸化剤・水素源としてガソリン，ジェット燃料，展着剤，樹脂原料等へ改質する接触水熱改質のための触媒開発，プロセス開発を行う。.

Production of Tar-free Active Charcoal from Mild pyrolysis of Biomass and Lignite
2013.05～2015.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 九州大学（日本）
低温ガス化で問題となるタール消去を必要としない高品位原料（無煙活性チャコール）の製造法（熱分解法），無煙性の定量的評価法，チャーの最適ガス化法を開発する。.

反応速度の壁を突破する炭素資源の低温迅速ガス化
2011.03～2015.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 九州大学
ガス化は，石炭やバイオマス等の固体炭素資源を高効率発電，液体燃料・化成品製造の双方に適したクリーンガスに変換する技術である．その変換効率を極限まで高めることができれば，今我々が直面する地球規模の環境問題と資源制約問題のいずれの解決にも大きく寄与する．原料の一部を燃やして高温を作り出す必要がある現在のガス化では，原料が持つエネルギーの20%以上が失われる．本研究では，ガス化反応を低温で進行させ，その低温反応が高温反応で発生する熱を化学エネルギーに再生する原理を実証し，ガス化のエネルギー損失を3%未満にできることを示す．三つの新反応操作概念＝「固体の活性が極めて高まる瞬間のガス化剤アタック」，「固体とガスの間で生じる化学相互作用の強化と排除」，「固体とガスの間を移動するモバイル触媒の適用」，を実現する多段ケミカルクエンチ反応器システムを開発し，従来認識によるガス化の反応速度論的限界（壁）を突破する．将来的に期待される効果や応用分野：低温・迅速ガス化を実現し，この技術を次世代のガスタービン，燃料電池と組み合わせることによって，発電のための石炭消費を現在比で4〜5割削減できる．さらに，セメントや製鉄産業で発生する高温ガスの熱を水素などのクリーンエネルギーや化学原料に再生することも可能になる．.

Distributed Biomass Gasification in Rural and Regional Australia: Sustainable Green Power Generation with Significant Negative Carbon Emission
2012.04～2015.03, 代表者：Hongwei Wu, Curtin University, Curtin University (Australia).

低品位炭素資源を原料とする高強度・高反応性コークス製造法 の開発
2013.07～2016.03, 代表者：工藤真二, 九州大学, 九州大学.

CO2回収型次世代IGCC技術開発：O2/CO2雰囲気における石炭の熱分解と生成タールのO2/CO2競争反応
2008.04～2014.03, 代表者：持田勲, 九州大学, （財）電力中央研究所，九州大学
これまで研究例のない1000°C以上のCO2雰囲気あるいはO2/CO2雰囲気中の石炭の迅速熱分解ならびにこれにより生成した揮発成分とチャーのin-situ改質・ガス化特性を明らかにすることを目的とする．

CO2回収型噴流床石炭ガス化プロセスの実現に向け，「O2/CO2雰囲気における石炭の熱分解と生成タールのO2/CO2競争反応」を分担課題とする．具体的には，以下に取り組む．
(1) ドロップチューブ反応器（DTR）あるいはドロップチューブ・管型二段反応器（DT-TR）における微粉炭の転換特性を明らかにする．
(2) 石炭迅速熱分解生成物の気相における改質特性を，詳細な化学を考慮した反応シミュレーションによって予測し，その妥当性を実測値との比較を通じて検証するとともに揮発成分の気相酸化及びCO2改質反応機構を明らかにする．.

豪州ヴィクトリア褐炭を原料とするコプロダクションに関する研究
2009.09～2014.03, 代表者：持田勲, 九州大学, 九州大学（日本）、九州電力（日本）.

重質油完全リサイクル法によるバイオマスからの軽質オイルの選択的製造法に関する研究
2010.04～2014.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 九州大学
バイオマスの熱分解で発生する重質油を熱分解炉下流に設置した粒子充填層（あるいは撹拌槽）においてバイオマス原料に選択的に吸収，吸着させて回収し，軽質油のみを系外に排出するとともに，重質油収着原料を熱分解炉に供給し，重質油を共炭化・共熱分解によって軽質油とチャー（炭化物）に変換する．このプロセスによって，重質油を一切排出せず，軽質油のみをバイオオイルとして回収できると期待される．本研究は，重質油完全リサイクルを模擬プロセスによって実証することを目的とする．.

水熱環境を利用する低品位炭素資源の高度転換反応系開発
2010.08～2014.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学先導物質化学研究所, 九州大学
褐炭，バイオマス等の低品位炭素資源を水熱環境における無触媒あるいは触媒変換法によって合成ガス，コークス原料，バインダー，有用化学物質に転換する方法を開発する。.

反応空間制御による高度バイオマス熱分解技術の研究開発
2010.08～2012.03, 代表者：則永行庸, 九州大学, 九州大学，JFEエンジニアリング株式会社.

革新的褐炭・バイオマス改質技術の科学基盤
2010.07～2013.03, 代表者：平島　剛, 九州大学, 九州大学
インドネシアにおいて開発と低環境負荷利用が進んでいない褐炭およびバイオマスを、マイルド熱分解およびタール蒸気担持・脱水処理によって含粘結性コークス原料炭、無煙高活性炭化物および軽質油へと同時改質する技術（I）、改質炭を原料として初めて可能となる世界最高効率の低温迅速ガス化技術（II）、資源制約を解決する次世代コークス・炭素材料製造技術（III）の科学基盤を確立することを目標として、ラボスケール模擬試験研究を実施する。試験研究の成果に基づいて、各プロセスと改質・転換全体システムの定常シミュレータを構築し、実用化フェーズ研究（パイロット規模技術開発とフィージビリティー研究）の基盤を確立する。.

劣質・未利用炭素資源コークス化技術に関する研究
2010.06～2014.05, 代表者：青木秀之, 東北大学, 日本鉄鋼協会（日本）.

分散型発電のための柔軟性のあるバイオマスガス化技術：パイロコーキング法によるバイオマスからのクリーンガスおよび素材コプロダクション
2006.06～2011.05, 代表者：Chun-Zhu Li, Curtin University of Technology, Curtin University of Technology（Australia）.

パイロコーキング法によるバイオマス資源からの水素リッチクリーンガス製造
2009.04～2011.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 環境省（地球環境局 地球温暖化対策課）
バイオコーク技研（株）
北海道大学
宇都宮大学
パイロコーキング法を種々の木質系，草本系バイオマスに適用し，これらの資源をクリーン炭化物（バイオチャー）とタールを含まない水素・COリッチガスへと変換するプロセスを開発する．.

戦略的石炭ガス化・燃焼技術開発 （STEP CCT） 次世代高効率石炭ガス化技術開発
2008.04～2012.03, 代表者：林潤一郎, 九州大学, 資源エネルギー庁資源燃料部石炭課
新エネルギー・産業技術総合開発機構
（株）IHI
（財）石炭エネルギーセンター
（独）産業技術総合研究所
現在開発中のIGCC、IGFCを効率で凌ぐ次世代高効率石炭ガス化発電の必須要素技術（低温ガス化，高濃度高速粒子循環式反応器システム，熱化学再生システム）等の要素技術開発を行う。.

主要著書

主要原著論文

1.	Hiromi Ishii, Tomoya Hayashi, Hiroaki Tada, Katsuhiko Yokohama, Ryuhei Takashima, Jun-Ichiro Hayashi, Critical assessment of oxy-fuel integrated coal gasification combined cycles, Applied Energy, 10.1016/j.apenergy.2018.10.021, 233-234, 156-169, 2019.01, Critical assessment was performed for a type of oxy-fuel integrated coal gasification combined cycles (IGCC) that was comprised of proven components. A type of two-stage entrained-flow gasifier consisting of combustor and reductor sections was simulated by a one-dimensional model that has been proven through application to gasifiers of industrial scales. It was successfully reproduced on Aspen Plus® and integrated together with the other components into a commercial-scale IGCC system. The oxidizing agents were not only O2 and CO2 (carrier gas for conveying the coal) but also additional CO2 or CO2 /H2 O, that was required to suppress hydrocarbons formation and maintain the combustor temperature allowing molten ash to have sufficiently low viscosity. The net thermal efficiency was predicted as a function of steam/coal mass ratio (S/C) within a range of 0–0.4. Increasing S/C up to 0.2 increased the cold gas efficiency slightly but resulted in decrease in the net thermal efficiency of the system. This was mainly due to the extraction of steam from the high pressure steam turbine exhaust, causing loss of power output. Resulting in lower cold gas efficiency due to higher oxygen ratio, higher moisture content of the pulverized coal gave higher net thermal efficiency due to less steam consumption for coal drying. The net efficiency was optimized at approximately 39% on a higher-heating-value basis without steam feeding, which was higher by 6–7 points than that for conventional IGCC with oxygen-blown gasification combined with CO2 recovery..
2.	Kudo Shinji, Yasuyo Hachiyama, Yuka Takashima, Junya Tahara, Idesh Saruul, Koyo Norinaga, Hayashi Jun-ichiro, Catalytic Hydrothermal Reforming of Lignin in Aqueous Alkaline Medium, Energy & Fuels, 10.1021/ef401557w, 28, 1, 76-85, 2014.01, This paper proposes catalytic hydrothermal reforming (CHTR) for producing substitute natural gas (SNG) directly from a lignin in aqueous alkaline media, which can fully dissolve the lignin but stabilize it, lowering the reactivity toward water. Among catalysts preliminarily tested, activated-carbon-supported ruthenium (Ru/AC) catalysts showed the highest activity in terms of reduction of the total organic carbon concentration (TOC) in the aqueous solution. CHTR of a lignin was performed employing a 5000 ppm TOC solution of 0.1 M Na2CO3 in a continuous reactor. The presence of Na2CO3 in the solution enabled delivery of the lignin, which is poorly soluble in water, to the reactor as well as suppression of char formation during CHTR. A Ru/AC showed its ability to maintain 98.6% conversion of the lignin at 350 °C even under the alkaline environment for a duration of at least 10 h, with colorless effluent liquid containing 70 ppm TOC of organic carbon. A low content of Ru in the Ru/AC resulted in an insufficient yield of gas because of the deposition of a portion of the lignin as coke over the catalyst, while 20 wt % Ru was enough for the full conversion into gas composed mainly of CH4, with cold gas efficiency (CGE) of 100.4% on a higher heating value (HHV) basis. The resulting aqueous solution of Na2CO3 was ready to be reused for CHTR after removal of carbonate ions derived from the lignin by aeration..
3.	Hayashi Jun-ichiro, Kudo Shinji, Hyun-Seok Kim, Koyo Norinaga, Sou Hosokai, Koichi Matsuoka, Sou Hosokai, Low temperature Gasification of Biomass and Lignite: Consideration of Key Thermochemical Phenomena, Rearrangement of Reactions, and Reactor Configuration, Energy & Fuels, 10.1021/ef401617k , 28, 1, 4-21, 2014.01, This paper discusses gasification of solid fuels, such as biomass and lignite, at temperatures well below 1000 °C, which potentially realizes a loss of chemical energy (LCE) smaller than 10% but encounters difficulty in fast and/or complete solid-to-gas conversion in conventional reactor systems. First, key thermochemical and catalytic phenomena are extracted from complex reactions involved in the gasification. These are interactions between intermediates (i.e., volatiles and char), catalysis of inherent and extraneous metallic species, and very fast steam gasification of nascent char. Second, some ways to control the key phenomena are proposed conceptually together with those to rearrange homogeneous/heterogeneous reactions in series/ parallel. Third, implementation of the proposed concepts is discussed assuming different types of gasifiers consisting of a single- fluidized bed, dual-fluidized bed, triple-bed circulating fluidized bed, and/or fixed (moving) bed. The triple-fluidized bed can attain gasification with a LCE as small as 10% by introducing enhancement and/or elimination of the key phenomena and another way to recuperate heat from gas turbine and/or fuel cells (i.e., power generators in gasification combined cycles) into chemical energy of fuel gas. A particular type of fixed-bed gasifier is proposed, which is separated from a pyrolyzer to realize not only control of the key phenomena but also temporal/spatial rearrangement of exothermic and endothermic reactions. This type of gasifier can make a LCE smaller than 4%. Even a conventional single-fluidized bed provides simple and effective gasification, when tar-free/reactive char is used as the fuel instead of parent the one and contributes to a novel integrated gasification fuel cell combined cycles with a theoretical electrical efficiency over 80%..

主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等

主要学会発表等

1.	Li Chen, Rei Nakamoto, Shinji Kudo, Shusaku Asano, Jun-ichiro Hayashi, Biochar-Assisted Water Electrolysis, 7th Sino-Australian Symp. Advanced Coal/Biomass Utilisation Technologies, 2019.12, This study has experimentally proven an approach to integrate electric energy and chemical energy of biomass into chemical energy of hydrogen by biochar-assisted water electrolysis (BAWE). This type of electrolysis, in other words, electrochemical gasification, consists of hydrogen formation at the cathode and biochar oxidation at the anode, instead of O2 formation. Different from traditional gasification of biochar, BAWE is operated at a temperature below 100 °C and normal pressure. Linear sweep voltammetry showed that the electrolysis of acidified water, when suspended with biochar, occurred at an interelectrode potential as low as 0.5 V, which was much smaller than 1.23 V, the standard potential to split water into hydrogen and oxygen at 25 °C. The performance of biochar depended significantly upon the carbonization temperature for its preparation. It was found that 850 °C was the best carbonization temperature that provided an optimum combination of specific surface area and carbon-type distribution. It was revealed by continuous BAWE that the formation of O-containing functional groups on the biochar surface was predominant over CO2 formation at the anode, while H2 was formed obeying stoichiometry at the cathode. Accumulation of the O-containing groups on the biochar surface decreased its electrochemical reactivity, slowing the electrolysis. Thermal treatment at 850 °C removed the major portion of O-containing groups from the spent biochar, fully recuperating its electrochemical reactivity. CO2 gasification enhanced the biochar activity, and its effect went far beyond the heat treatment. On the basis of the above-mentioned characteristics of BAWE, its combination with CO2 gasification as the biochar recuperator as well as syngas producer is proposed..
2.	Jun-ichiro Hayashi, Grand design of coal/biomass conversion into power and chemicals with carbon-neutral/negative nature , 9th International Symposium on Coal Combustion, 2019.07.
3.	Zayda Faizah Zahara, Shinji Kudo, Ashik U.P.M., Koyo Norinaga, Jun-ichiro Hayashi, CO2 gasification of sugarcane bagasse: Quantitative understanding of kinetics and catalytic roles of inherent metallic species, 6th Sino-Australian Symposium on Advanced Coal and Biomass Utilization Technologies, 2017.12.
4.	林潤一郎, バイオマスからのコアケミカルズ・高付加価値化学品製造：モジュール型共通基盤技術とマスカスタマイゼーション, NEDO-TSC Foresightセミナー, 2017.11.
5.	林 潤一郎, 低品位炭・バイオマス高度利用システムと反応工学の役割, 化学工学会第46秋季大会, 2014.09.
6.	林 潤一郎, バイオマス・低品位炭利用：技術開発と実装への戦略, 資源素材2014, 2014.09.
7.	林 潤一郎, 低品位炭素資源の変換プロセスとネットワーク, 第23回日本エネルギー学会大会, 2014.07.
8.	林 潤一郎, 炭素資源変換反応およびプロセスに関する研究, 化学工学会第79年会, 2014.03.
9.	Hayashi Jun-ichiro, Kudo Shinji, Hyunseok Kim, Koyo Norinaga, Koichi Matsuoka, Sou Hosokai, Low Temperature Gasification of Biomass and Lignite: Consideration of Key Thermochemical Phenomena, Rearrangement of Reactions, and Reactor Configuration, 4th (2013) Sino-Australian Symposium on Advanced Coal and Biomass Utilization Technologies, 2013.12.
10.	Kudo Shinji, Yasuyo Hachiyama, Yuka Takashima, Junya Tahara, Idesh Saruul, Hayashi Jun-ichiro, Catalytic Hydrothermal Reforming of Lignin in Aqueous Alkaline Medium, 4th (2013) Sino-Australian Symposium on Advanced Coal and Biomass Utilization Technologies, 2013.12.
11.	Hayashi Jun-ichiro, Production of metallurgical coke from lignite and biomass, Carbon Saves the Earth 2013 (CSE2013), 2013.11.
12.	Jun-ichiro Hayashi, Next Generation Coal Gasification: A Consideration from a Thermochemical Point of View, Commemorative Event for 30-Year JSPS-CAS Partnership (Symposium on Energy and Environmental Resolution 2009) , 2009.09.
13.	林潤一郎, バイオマスのガス化：熱化学変換のシーケンスを考える, 日本化学会関東支部大会, 2009.09.
14.	Jun-ichiro Hayashi, Rearrangement of Reactions in Coal Gasification and Reconfiguration of Gasifier, 2009.08.
15.	林潤一郎, 次世代高効率石炭ガス化技術の開発, CCT ワークショップ 2009, 2009.08.

特許出願・取得

所属学会名

学協会役員等への就任

学会大会・会議・シンポジウム等における役割

学会誌・雑誌・著書の編集への参加状況

学術論文等の審査

海外渡航状況, 海外での教育研究歴

外国人研究者等の受入れ状況