低温反応性セラミックスによる太陽エネルギーの水素変換装置の試作研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10358010
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 玉浦 裕 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 教授 (00108185)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋山 算甫 石川島播磨重工株式会社, 企画部, 部長(研究職) ; 松並 淳 東京工業大学, 理学部, 助手 (80287987) ; 辻 正道 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 助教授 (20111643) ; 中村 勝重 三鷹光器株式会社, 光学機器研究所, 所長
• Keywords: 楕円鏡 / Boudouard反応 / 変換効率 / 水分解 / 水素発生 / 太陽炉

Research Abstract

太陽エネルギーは、集光による水素エネルギーへの変換効率が理論上70-80%であり、高変換効率が期待される。これまで確立してきた低温反応性セラミックスを用いた熱/化学エネルギー変換システムを利用するために、低温動作型の集光太陽エネルギー/水素エネルギー変換装置を試作し,試作した装置により実際に日本(東京)においての低温集光太陽エネルギーの水素エネルギーへの変換効率を明らかにした。
楕円鏡ビームダウン型集光システムを用いてBoudouard反応を行った時、本集光システムでは、1000℃程度の温度が安定に得られ、Boudouard反応による一酸化炭素の発生が観測され、発生量を吸収太陽エネルギーに換算すると、平均7W(最高値10W=変換効率30%)の太陽エネルギーが吸収できた。本集光システムは安定的に高温が得られ、ソーラー熱化学プロセスに適した集光システムであることが確認され、今後、さらに装置を改良することにより50%程度(理論値80%)にまで向上できると期待される。
また、製作した集光システムを用いてFe_3O_4/Na_2CO_3/H_2O系による水分解反応を行った際、ソーラー熱化学プロセスに適した集光システムであることが示された。また、反応後の固体試料のX線回折の結果、NaFeO_2のピークが観測されたことから、反応が進行していることを確認した。水素発生量は反応管に用いたステンレスが一部反応したものも含まれていたが、投入したマグネタイトの反応量にほぼ相当したものであった。現在、キャビティ型リアクターを用いた太陽/科学エネルギー変換効率について検討している。

Research Products

• [Publications] 玉浦 裕: "太陽熱エネルギーシステムの構築"The HOTLINE. 28. 1-6 (1998)
• [Publications] Y.Tamura,M.tsuji,S.Yoshida,O.Yokota,T.Sano: "Solar gasification of coal using carbonate molten salt reactor"Journal de Physique IV. 9(3). 373-378 (1999)
• [Publications] T.Sano,M.Tsuji,Y.Tamaura: "Synthesis of (Li, Mn) ferrites by solid state reaction of LiMn_2O_4 and ultrafine γ-Fe_2O_3 at 650℃"Mater. Res. Bull.. 34(3). 389-401 (1999)
• [Publications] H.Ono,S.Yoshida,M.Nezuka,M.tsuji,Y.Tamaura: "Kinetics and simulation on a high-tepmerature solar thermochemical energy conversion process on the Boudouard reaction"Energy & Fuels. 13(3). 579-584 (1999)
• [Publications] S.Yoshida,J.Matusnami,Y.Hosokawa,O.Yokota,Y.Tamaura,M.Kitamura: "Coal/CO_2 gasification system using molten carbonate salt for solar/fossil energy hybridization"Energy & Fuels. 13(5). 961-964 (1999)
• [Publications] J.Matsunami,S.Yoshida,O.Yokota,M.Nezuka,M.Tsuji,Y.Tamaura: "Gasification of waste tyre and plastic (PET) by solar thermochemical process for solar energy utilization"Solar Energy. 65(1). 21-23 (1999)
• [Publications] Y.Tamaura,Y.Ueda,J.Matsunami,N.Hasegawa,M.Nezuka,T.Sano,M.Tsuji: "Solar hydrogen production by using ferrites"Solar Energy. 65(1). 55-57 (1999)
• [Publications] Y.Tamaura,M.Tsuji,T.Nishigori,J.Matsunami,T.Ogawa,K.Fukushima: "Proposal for CTI program: Global carbon-recycling energy system using solar-hybrid fuels"Proc.of the 4th International Conference on Greenhouse gas Control technologies. 973-977 (1999)
• [Publications] Y.Hosokawa,N.Kojima,O.Yokota,N.Hasegawa,J.Matsunami,Y.Tamura: "Multi-step water splitting with Mn-ferrite/sodium carbonate system"Proc of 34th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. 1990-01-2670(CD-ROM). 6 (1999)
• [Publications] O.Yokota,M.Nezuka,Y.Oku,Y.Hosokawa,J.Matsunami,Y.Tamaura,K.Nakamura: "Solar furnace system using tower-reflector with ellipsoidal mirror"Proc of 34th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. 1990-01-2671(CD-ROM). 6 (1999)
• [Publications] Y.Tamura,H.Ono,J.Matsunami,N.Kojima,O.Yokota,N.Hasegawa,M.kitamura: "Photochemical effect on gasification of carbon with CO_2 using concentrated Xe lamp beam"Proc of Fifth International Conference on Carbondioxide Utilization. 44-44 (1999)
• [Publications] Y.Oku,O.Yokota,M.Arakawa,N.Hasegawa,J.Matsunami,Y.Tamaura,M.Kitamura: "Steam reforming of methane using a solar furnace simulator at H_2O/CH_4 mole ratio of 1:1"Pro of Fifth International Conference on Carbondioxide Utilization. 144-144 (1999)
• [Publications] J.Matsunami,S.Yoshida,O.Yokota,Y.Hosokawa,Y.Tamaura,M.Kitamura: "Kinetic study on coke gasification with CO_2 in molten carbonate salt"Proc of Fifth International Conference on Carbondioxide Utilization. 192-192 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕、松並 淳、横田 修、片山 優久雄、三宅 将允、小川 斗、村田 圭: "市場性のあるソーラーハイブリッド燃料生産"第15回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス講演論文集. 83-88 (1999)
• [Publications] 松並 淳、吉田 真也、長谷川 紀子、辻 正道、玉浦 裕: "溶融塩を用いるソーラ石炭ガス化"第15回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス講演論文集. 89-94 (1999)
• [Publications] 横田 修、根塚 昌樹、細川 幸稔、長谷川 紀子、玉浦 裕: "楕円鏡を用いる太陽炉の集光度評価"エネルギー・資源学会第18回研究発表会講演論文集. 423-428 (1999)
• [Publications] 松並 淳、小野 裕之、横田 修、奥 啓徳、長谷川 紀子、玉浦 裕: "ZnO を用いる Boudouard 反応における光照射効果"エネルギー・資源学会第18回研究発表会講演論文集. 429-434 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕: "金属酸化物を用いるソーラハイブリッド燃料生産システム"粉体粉末冶金協会第83回講演大会講演論文集. 232-232 (1999)
• [Publications] 長谷川 紀子、細川 幸稔、横田 修、松並 淳、玉浦 裕: "Mn-フェライトを用いる多段海水分解反応"粉体粉末冶金協会第83回講演大会講演論文集. 238-238 (1999)
• [Publications] 横田 修、奥 啓徳、長谷川 紀子、松並 淳、玉浦 裕: "溶融塩中のNi-フェライト触媒によるメタンCO_2改質"粉体粉末冶金協会第83回講演大会講演論文集. 239-239 (1999)
• [Publications] 松並 淳、小野 裕之、横田 修、長谷川 紀子、玉浦 裕: "Boudouard 反応における ZnO の太陽/化学エネルギー変換効率に与える影響"粉体粉末冶金協会第83回講演大会講演論文集. 240-240 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕: "太陽エネルギーと化石燃料とのハイブリッド利用"エネルギー・資源. 20(5). 418-425 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕: "ソーラハイブリッド燃料"化学工学. 63(3). 142-143 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕: "ソーラ熱化学法によるソーラハイブリッド燃料生産"粉体と工業. 31(10). 47-58 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕: "環境汚染物質の微量分析"材料化学. 63(3). 125-129 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕: "高温ソーラーケミストリー"太陽エネルギー. 25(3). 19-28 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕、山田 興一 他30名: "CO_2含有天然ガス田活用による有用化学物質製造システム導入可能性に関する調査研究"新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成10年度調査報告書. 1-173 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕、袖澤 利昭、佐野 寛、田中 忠良、丹羽 宣治: "熱化学的ソーラハイブリッド燃料生産システムの開発研究にかかわる調査研究"新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成10年度調査報告書. 1-196 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕、佐野 寛、丹羽 宣治: "持続可能な発展を求めて"第9回地球環境産業技術動向調査報告会資料集. 113-123 (1999)
• [Publications] O.Yokota,Y.Oku,T.Sano,N.Hasegawa,J.Matsunami,M.Tsuji,Y.Tamaura: "Stoichiometric consideration of steam reforming of methane on Ni/Al_2O_3 catalyst at 650℃ by using a solar furnace simulator"Int. J. Hydrogen Energy. 25(1). 81-86 (2000)
• [Publications] J.Matsunami,S.Yoshida,Y.Oku,O.Yokota,Y.Tamaura,M.kitamura: "Coal gasification by CO_2 gas bubbling in molten salt for solar/fossil energy hybridization"Solar Energy. 68(3). 257-261 (2000)
• [Publications] J.Matsunami,S.Yoshida,Y.Oku,O.Yokota,Y.Tamaura,M.kitamura: "Coal gasification with CO_2 in molten salt for solar thermal/chemical energy conversion"Energy. (印刷中).
• [Publications] 玉浦 裕: "環境汚染物質の微量分析"材料化学. 63(3). 125-129 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕: "高温ソーラーケミストリー"太陽エネルギー. 25(3). 19-28 (1999)
• [Publications] 玉浦 裕、三宅 将允、片山 優久雄、錦織 俊郎、小川 斗、荒木 巍: "ソーラハイブリッドメタノール生産のCO_2削減効果と経済性評価"第16回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス講演論文集. 141-146 (2000)
• [Publications] 松並 淳、横田 修、玉浦 裕、中村 勝重: "楕円反射鏡を用いるビームダウン式太陽炉の試作"第16回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス講演論文集. 497-502 (2000)
• [Publications] 玉浦 裕: "21世紀の太陽エネルギー-ソーラー熱化学法によるソーラーハイブリッド熱量生産への道-"環境管理. 36(1). 14-22 (2000)