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エネルギーの運搬・貯蔵を担うアンモニアからの水素製造を実現する触媒を開発する!

RESEARCHER
開発した触媒のサンプル(Ni/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Ni/Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Ni/La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Ni/CeO<sub>2</sub>, Ni/Sm<sub>2</sub>O<sub>3</sub> )

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再生可能エネルギーを利用して製造された水素を水素キャリアに変換して、貯蔵・輸送する。エネルギー消費地において輸送された水素キャリアから水素を製造・利用する。水素キャリアとしてアンモニアに着目している。

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ルテニウム(Ru)触媒の性能がよい。しかし、高価なため産業化には向いていない。そこで卑金属の中で比較的活性のよいニッケル触媒に注目した。

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担体表面積が大きいほどNi触媒のアンモニア転化率は高い傾向にある。しかし、希土類酸化物を担体とすると、小さい担体表面積にもかかわらず活性が高い。

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水素分圧の上昇にともない反応速度が低下する。つまり、アンモニア分解反応は共存水素に阻害される。しかし、一部の希土類酸化物担持触媒では、その程度が小さく、これが高活性の要因の一つである。

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どんなタネ?

水素には、体積あたりの取り出せるエネルギー量が気体でも液体の状態でも少ないこと、また液化には非常に低温にする必要があることなどの課題があります。そこで、穏和な条件でも液化が可能であるため、エネルギーの貯蔵や輸送がしやすいアンモニアについて研究しています。アンモニアを分解し水素をつくるために、安価なニッケルを利用した担持触媒の開発を進めています。現在、担体として酸化ランタンなどの希土類酸化物に着目し、生成した水素に分解反応が阻害されにくいなど、性能が良かった要因を明らかにしながら、低コストで高効率な水素製造を実現するために、より良い触媒の開発を目指しています。

なぜ研究を始めた?

もともと燃料電池の研究をしていました。現状、その燃料となる水素は炭化水素から作っていますが、将来的に、太陽光や風力など再生可能エネルギーを使って水素を作るとすると、作れる場所や時間帯が限られてくるため、水素の貯蔵・運搬が問題になるのではないかと考えました。そこで、水素を貯めることができる化学物質として知られていたアンモニアに可能性を感じ、研究を始めました。

なにを変える?

将来、再生可能エネルギーをたくさん使うには、エネルギーの運搬や貯蔵が大切になってきます。液化水素やメチルシクロヘキサン、アンモニアなどの化学物質がその役割を担うと考えています。アンモニアは、おそらく誰もが聞いたことがある物質で、臭くて毒性があるという印象があると思います。しかし使い方によっては、非常に役にたつ物質であると意識が変わり、社会に普及するかもしれません。そのためには、アンモニアの製造やアンモニアからの水素製造が高効率で可能になることが不可欠です。

なにが必要?

一般的に、貴金属のルテニウムがアンモニア分解反応に対して非常に高活性であります。しかしルテニウムは高価なため産業化はしにくいと考えます。研究を進め、ルテニウム触媒の性能に匹敵する安価な触媒を開発することが必要です。現在は、担持ニッケル触媒において、担体材料の塩基性が、水素によるアンモニア分解の阻害の抑制に影響を与えているのではないかと考えています。この特性をコントロールした材料開発を続け、新しいものを作ろうとしています。

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