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化学ループ法による水素生成・二酸化炭素分離システムの開発

Research Project

Project/Area Number 16F16765
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Environmental engineering and reduction of environmental burden
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

大友 順一郎  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (90322065)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) KELLER MARTIN  東京大学, 新領域創成科学研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2016-11-07 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000)
Keywords低炭素社会 / 水素生成 / 二酸化炭素利用 / 化学ループ
Outline of Annual Research Achievements

化学ループ法と再生可能エネルギーを融合させた新規なシステムの提案として、二酸化炭素の有効利用を指向し、メタン酸化あるいは熱分解とカップリングさせた二酸化炭素の還元反応による一酸化炭素生成システムの検討を行った。このシステムは2つの反応器から構成され、その反応器内部を酸素キャリア粒子である酸化鉄/鉄粒子が循環する(化学ループ法)。その際、メタンの熱分解による炭素粒子の析出が酸素キャリア粒子上で生じる。この反応は吸熱反応であり、以下の反応式で表される。
CH4 + 3CO2 → 4CO+2H2O △H (800℃) = 346 kJ (1)
この吸熱反応の熱は太陽熱によって供給されることを想定した。高温の熱が利用できない場合は、メタンの熱分解反応から生成した水素の一部を燃焼させ、得られた高品位熱を用いることを想定した(式2)。
CH4 + 1.8CO2 + 0.6O2 → 2.8CO+2H2O △H (800℃) = -11 kJ (2)
平衡計算により、反応器内で燃料気体と酸素キャリア粒子の向流で反応を行った場合に、一酸化炭素の収量が最も高くなることが明らかになった。この反応システムは、2つの流動層と1つのライザーから構成されることを想定した。このシステムにおいて、850℃で水蒸気をライザーに導入することで、1 molのメタン消費に対し2.7 molの CO を純度 84% で得られることがわかった。さらに、メタンの熱分解を加速する酸素キャリア粒子の開発も行った。プロトン伝導体であるBaZr0.9Y0.1O3 (BZY)を用いたFe/BZY複合粒子を用いることで、メタン熱分解の反応速度が向上することが明らかになった。開発した粒子を提案システムに導入することで、高効率な化学ループシステムの構築が可能になる。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2017 Other

All Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Presentation] CO2 Activation by Methane in a Dual-Bed Configuration via Methane Cracking and Iron Oxide Lattice Oxygen Transport- Concept and Materials Development2017

    • Author(s)
      Martin Keller, Junichiro Otomo
    • Organizer
      AIChE Annual Meeting 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CH4 decomposition on supported iron particles in a two-reactor process with continuous regeneration2017

    • Author(s)
      Martin Keller, Yoshio Matsuzaki, Junichiro Otomo
    • Organizer
      化学工学会第49回秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 大友研究室ホームページ

    • URL

      http://www.otomolab.k.u-tokyo.ac.jp/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 大友研究室ホームページ

    • URL

      http://www.otomolab.k.u-tokyo.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 触媒組成物、水素製造装置、および、水素製造方法2017

    • Inventor(s)
      松崎 良雄、大友 順一郎、ケラー マーティン
    • Industrial Property Rights Holder
      東京瓦斯株式会社, 国立大学法人 東京大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-168599
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-11-08   Modified: 2024-03-26  

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