天然ガス/未利用熱ハイブリット型の熱/化学エネルギー転換熱化学サイクルの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10558072
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 児玉 竜也 新潟大学, 工学部, 助教授 (60272811)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北山 淑江 新潟大学, 工学部, 教授 (70018472)
• Keywords: 集光太陽熱 / 天然ガス / ソーラー燃料 / メタン改質 / メタンカップリング / エネルギー転換 / 水分解 / 金属酸化物

Research Abstract

本研究は、1000℃以下での太陽熱/化学エネルギー転換を目的として、金属酸化物を反応媒体とする、下記の1,2の2つの熱化学サイクルの検討を行うものである。1のプロセスにはWO_3/ZrO_2担持体が、2のプロセスにはSn-Fe酸化物/SiO_2担持体が高活性を有することを見出している。今年度は以下の研究成果を得た。
1.(メタン改質サイクル)CH_4+M_xO_y → M_xO_<y-m-n-1>+(1-n)CO+nCO_2+(2-m)H_2+mH_2O (1段目)
M_xO_<y-m-n-1>+(m+n-1)H_2O → M_xO_y+(m+n+1)H_2 (2段目)
前年度に作成したXeランプイメージファーネスを用いて、模擬太陽光によるWO_3/ZrO_2担持体の反応活性試験を行った。模擬太陽光の照射エネルギー密度が400-600kW/m^2(400-600の集光度の太陽光に匹敵する)に対して金属酸化物の温度は720-880℃になり、太陽光のエネルギー吸収効率が十分高いことが見出された。また、模擬太陽光を使うと1段目の高温吸熱反応の反応温度を200-300℃も低温化できることが分かった。
2.(メタンカップリング/水素製造サイクル)2CH_4+M_xO_y → C_2H_4+M_xO_<y-2>+2H_2O (1段目)
M_xO_<y-2>+2H_2O → M_xO_y+2H_2O (2段目)
今年度はSn-Fe酸化物/SiO_2担持体によって反応の一段落化を検討した。メタン/水蒸気混合ガスを金属酸化物に900℃で流通した結果、上記の1段目、2段目の反応がサイクルし、金属酸化物上でエチレンと水素が同時に合成できることが見出された。

Research Products

• [Publications] 児玉 竜也: "Thermochemical methane reforming using a reactive WO_3/W redox system"Energy. (発表予定). (2000)
• [Publications] 青木 晃: "A Two-Step Thermochemical Conversion of CH_4 to CO, H_2 and C_2-hydrocarbons below 1173 K"J. Phys. IV France. 9巻. 337-342 (1999)