低温熱化学水素製造技術の研究

keywords.jpg水素,水素製造,非平衡プロセス 

宮岡 裕樹 

HIROKI MIYAOKA

division.jpgサステナブル・ディベロップメント実践研究センター

position.jpg特任講師

研究概要

研究の背景

 次世代のエネルギー媒体である「水素」の製造方法としては,現在炭化水素の水蒸気改質法が主流であるが,将来的には,化石燃料を利用せず,理想的には水から水素を生成する技術の研究開発が不可欠である。しかし,既存の熱化学水分解による水素製造技術は800℃以上の高温を要するものが多く,利用可能な熱源が制限されている。

研究内容

 現在の水素製造分野においては,物質の熱力学データベースを基にした研究が多くなされている。本研究では,これとは対照的に,物質科学の観点から化学反応を制御し,水分解による水素製造反応をより低温で制御することを目的とした。特に,低融点金属であるリチウムやナトリウムといったアルカリ金属を含む反応系に注目し,非平衡反応プロセスを利用した際の反応制御条件について検討を行った。

成果

 データベースを基にした予想では,水素製造に4000℃以上の高温が必要とされるアルカリ金属系の反応が,非平衡反応プロセスを用いることで500 ℃以下で制御可能であることが示唆された。中でも,ナトリウム系の反応温度が最も低く,400℃以下で水素生成が可能であることが実験的に示された。

実用化に向けて(想定業界・用途、課題、企業への期待など)

 500℃以下の温度で水素製造が可能であるため,太陽熱のような再生可能エネルギーや工場排熱のような未利用熱資源の活用が期待できる。実用化に向けては,ベンチスケール作製等のスケールアップ実証を企業との共同研究として行いたい。

本研究の特徴・優位性

 水分解を基礎とした熱化学水素製造分野における既存技術では,一般的に800℃程度の高温が必要であるのに対し,本研究では,非平衡反応技術を効果的に利用することで,より低い温度領域での水素生成が実現可能である。

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論文:Hiroki Miyaoka, Takayuki Ichikawa, Naoya Nakamura and Yoshitsugu Kojima, International Journal of Hydrogen Energy 37, 17709 (2012)
特許:水素製造装置,特願2013-039251
URL センターHP ISSD HPhttp://www.hiroshima-u.ac.jp/rcsd/ 
研究室HP Labo HP http://h2.hiroshima-u.ac.jp/  

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