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Development of analytical method for sulphur in hydrogen gas using atmospheric pressure He microhollow cathode discharge plasma

Research Project

Project/Area Number 17K05915
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Analytical chemistry
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

Chiba Koichi  関西学院大学, 理工学部, 教授 (20281066)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩井 貴弘  国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (90756694)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords水素エネルギー / 水素燃料ガス / プラズマ分光分析 / イオウ / 高感度分析 / 品質管理 / プラズマ / 分光分析 / ハロゲン / ハロゲン元素
Outline of Final Research Achievements

In recent years, hydrogen has attracted remarkable attention as an energy vector which will help to reduce the emissions of CO2. According to ISO 14687-2, the maximum amount of sulphur in hydrogen used for fuel cell vehicles should be lower than 0.004 ppm. In addition, the conventional method, such as gas chromatography, is unsuitable for the determination of total sulphur content in hydrogen gas. In this study, a noble analytical instrument utilizing optical emission spectrometry was developed to determine sulphur content in hydrogen gas. The instrument is composed of a pre-concentration device made of brass, microhollow cathode discharge He-atmospheric pressure plasma as an excitation source, and a spectrometer. The instrument weights only ~2 kg, thus, it is portable. With the presented instrument, 3.6 nL of limit of detection was achieved for sulphur. It indicates that only 0.9 L of hydrogen gas is required to investigate whether 0.004 ppm of sulphur is contained or not.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年の地球温暖化などの環境問題の解決策として,使用時にCO2を排出せず多様な生成方法がある水素エネルギーが注目されている。しかし、水素エネルギーの普及までにはさまざまな課題がある。特に、燃料電池自動車用への水素ガスには、品質規格は厳しく制定されており,特に触媒毒であるイオウは総濃度が0.004 ppm以下と低く設定されている。従来行われてきたガスクロマトグラフィーによる分析では,イオウが化学形態毎に分離されるため,総イオウ濃度の測定は困難である。これに対し、本研究で開発した分析装置は簡便で高感度なイオウ不純物分析技術を提供するものである。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2018 2017

All Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] Development and Evaluation of On-site Impurity Detection System for Hydrogen Fuel using High-Power Pulsed Microplasma,2019

    • Author(s)
      T. Iwai, S. Mifune, K. Ishida, S. Okada, C. Kurata, K. Matsuda, M. Morikawa, H. Miyahara, A. Okino and K. Chiba
    • Organizer
      2019 European Winter Conference on Plasma Spectrochemistry
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大気圧プラズマによる水素燃料ガス中のイオウ不純物分析装置の開発2019

    • Author(s)
      御船星、岡田将太、岩井貴弘、岡林識起、松田敬子、森川正己、宮原秀一、沖野晃俊、千葉光一、
    • Organizer
      日本分析化学会第68年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気圧マイクロプラズマによる水素燃料ガス分析装置の開発2019

    • Author(s)
      御船星、岡田将太、倉田千聖、石田魁、岩井貴弘、松田敬子、森川正己、宮原秀一、沖野晃俊、千葉光一
    • Organizer
      第79回分析化学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気圧マイクロプラズマによる水素燃料ガス分析装置の開発① ~イオウ不純物分析におけるプラズマ励起条件と電極の最適化~2019

    • Author(s)
      御船星、岡田将太、岩井貴弘、岡林識起、松田敬子、森川正己、宮原秀一、沖野晃俊、千葉光一
    • Organizer
      プラズマ分光分析研究会2019筑波セミナー
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気圧マイクロプラズマによる水素燃料ガス分析装置の開発② ~イオウ不純物におけるパルス電源と電極条件の最適化~2019

    • Author(s)
      岡田将太,御船星,吉田真優子,岩井貴弘,岡林識起,松田敬子,森川正巳,宮原秀一,沖野晃俊,千葉光一
    • Organizer
      プラズマ分光分析研究会2019筑波セミナー
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気圧プラズマを用いた新しい無機・有機分析装置の開発と高度化2018

    • Author(s)
      岩井貴弘,御船星,森大地,千葉光一
    • Organizer
      日本分析化学会近畿支部創設65周年記念式典・講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 大気圧マイクロプラズマ分析法による高感度分析技術の開発-Heプラズマによる水素燃料ガス中の硫黄不純物分析-2018

    • Author(s)
      2.○御船星,岡田翔太,倉田千聖,石田魁,岩井貴弘,松田敬子,森川正己,宮原秀一, 沖野晃俊, 千葉光一
    • Organizer
      日本分析化学会第67年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 大気圧マイクロプラズマ分析法による高感度分析技術の開発  Heプラズマによる水素燃料ガス中のイオウ不純物分析-2018

    • Author(s)
      御船星, 岡田将太, 倉田千聖, 石田魁, 岩井貴弘, 松田敬子, 森川正己, 宮原秀一, 沖野晃俊, 千葉光一
    • Organizer
      プラズマ分光分析研究会2018つくばセミナー
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Development of Temperature Controllable High-Power Pulsed Microplasma Source and Its Applications for Agricultural Chemical Analysis2018

    • Author(s)
      T. Iwai, S. Mifune, M. Aida, Y. Okamoto, S. Moriya, H. Miyahara, K. Chiba, A. Okino,
    • Organizer
      2018 Winter Conference on Plasma Spectrochemistry (2018. 1. 13, Amelia Island, Florida)
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Highly Sensitive Detection System for Sulfur Compounds in Hydrogen Fuel using High-Power Pulsed Microplasma2017

    • Author(s)
      T. Iwai, S. Mifune, K. Matsuda, M. Morikawa, H. Miyahara, A. Okino, K. Chiba
    • Organizer
      7th Asia-Pacific Winter Conference on Plasma Spectrochemistry
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水素燃料中硫黄不純物分析のためのプラズマ分光分析法の開発-高感度化に向けた試料濃縮法の検討-2017

    • Author(s)
      岩井貴弘, 御船星, 松田敬子, 宮原秀一, 森川正己, 沖野晃俊, 千葉光一
    • Organizer
      日本分析化学会第77回分析化学討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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