集光太陽光反応性セラミックスによるソーラー水素生産技術の開発研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206112
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 玉浦 裕 東京工業大学, 炭素循環エネルギー研究センター, 教授 (00108185)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 児玉 竜也 新潟大学, 工学部, 教授 (60272811) ; 金子 宏 東京工業大学, 理学部, 助手 (90323774) ; 末包 哲也 東京工業大学, 炭素循環エネルギー研究センター, 助教授 (30262314)
• Keywords: ニッケルフェライト系 / 太陽反応炉 / 高温安定素材 / 亜鉛フェライト系 / 二段階水分解過程 / 高温安定型ジルコニア系酸化物 / ZnO+Fe_3O_4粉体混合物 / オーストラリア国立大学

Research Abstract

空気気流中でのニッケルフェライト系の酸素放出反応用の太陽反応炉の開発に向け、高温安定素材としてジルコニア系素材を用いた固定床反応炉を作成し、これにより、1600-1400℃での温度スイングによる二段階水分解過程が繰り返し進行させることに成功した。この高温安定型の固定床による酸素放出と水素発生との反応過程での固体化学的な検討を行い、ニッケルフェライトの鉄とニッケルイオンとがジルコニア系結晶中に移動することによって酸素が放出され、これが1400℃ではニッケルフェライト相を安定相として析出することが水分解反応を進行させることを明らかにした。鉄イオンだけの場合よりもニッケルイオンのある場合の方が低温化できることから、ニッケルフェライト系の高温安定型ジルコニア系酸化物が有力な太陽反応炉素材と考えている。また、これまでの研究で開発を行ってきた亜鉛フェライト系においては、ZnO+Fe_3O_4粉体混合物として回収するリサイクルシステムを実用化に向けた太陽反応炉の設計コンセプトとして考案し、この開発に必要な擬似高温太陽熱(空気気流中1600℃)を供給できる装置をイメージ炉を用いて作成し、この設計コンセプトを実証するための反応炉の作成を開始した。オーストラリアのサンベルトでの実用化に向けて、オーストラリア国立大学との国際プロジェクトとして推進するための計画を大学間で検討を進め、平成15年10月の国際交流シンポジウムで発表と議論を行った。

Research Products

• [Publications] Y.Tamaura: "Solar Fuel Production by Conversion of Concentrated Solar-Heat to Chemical Energy"Eco-Engineering. 15巻・3号. 109-119 (2003)
• [Publications] N.Gokon: "Photocatalytic effect of ZnO on carbon gasification with CO_2 for high temperature solar thermochemistry"Solar Energy Materials & Solar Cells. 80巻・3号. 335-341 (2003)
• [Publications] 鈴木研夫: "水平置きヘリオスタットを用いたビームダウン式タワー集光系の最適設計"太陽エネルギー. 29巻・5号. 41-47 (2003)
• [Publications] H.Kaneko: "Decomposition of Zn-ferrite for O_2 generation by concentrated solar radiation"Solar Energy. 76巻. 317-322 (2004)
• [Publications] M.Inoue: "Solar hydrogen generation with H_2O/ZnO/MnFe_2O_4 system"Solar Energy. 76巻. 309-315 (2004)
• [Publications] M.Nishio: "Proposal for Eco-Engineering System Designed for Aomori Prefecture Environment-Industry Special Zone"Eco-Engineering. 16巻・1号. 21-26 (2004)
• [Publications] Y.Tamaura: "Eco-Engineering and Community Special Zone for Sustainable Society"Eco-Engineering. 16巻・1号. 27-32 (2004)
• [Publications] Y.Tamaura: "Study on Solid State Chemistry of the ZnO/Fe_3O_4/H_2O System for H_2 Production at 973-1073K"Solid State Ionics. (印刷中).
• [Publications] Y.Takahashi: "Oxygen gas releasing reaction of Zn-ferrite by Xe-lamp beam irradiation in air at 1800K"Solid State Ionics. (印刷中).
• [Publications] Y.Tamaura: "Hybrid Usage of Renewable Energy and Eco-Engineering"Eco-Engineering. (印刷中).
• [Publications] Y.Tamaura: "Economical Sunbelt-Development for Japan Energy Security"Proc.the 17^<th> ACT Transcultural Seminar in Zao. 156-163 (2004)
• [Publications] Y.Tamaura: "Energy Security in the Asia Pacific through Renewables"Proc.the 17^<th> ACT Transcultural Seminar in Zao. 319-326 (2004)
• [Publications] Y.Tamaura: "Solar Hydrogen Production with Ferrites by 2-Step Water Splitting Using Concentrated Solar Heat"Proc.of JSES/JWEA Joint Conference. 255-258 (2003)
• [Publications] A.Suzuki: "Solar Reactor and Concentrating System for Solar Hydrogen Production"Proc.of JSES/JWEA Joint Conference. 259-262 (2003)
• [Publications] H.Hasuike: "Study on Design of Molten Salt Solar Furnaces"Proc.of JSES/JWEA Joint Conference. 263-266 (2003)
• [Publications] 玉浦裕: "経済性の成立するソーラーハイブリッド水素生産"生態工学会年次大会発表論文集. 82-85 (2003)
• [Publications] 金子宏: "集光太陽熱を用いるニッケルフェライト系ソーラー水素生産"生態工学会年次大会発表論文集. 79-81 (2003)
• [Publications] 青木宏文: "石炭とバイオマスのハイブリッド燃料の経済性及びCO_2削減効果"生態工学会年次大会発表論文集. 77-78 (2003)
• [Publications] 児玉 竜也: "Ni-Mg-O catalyst driven by direct light irradiation for catalytically-activated foam absorber in a solar reforming receiver-reactor"Energy & Fuels. 17巻・4号. 914-921 (2003)
• [Publications] 児玉 竜也: "High-temperature solar chemistry for converting solar heat to chemical fuels"Progress in Energy and Combustion Science. 29巻. 567-597 (2003)
• [Publications] 児玉 竜也: "Hydrogen production by solar thermochemical water-splitting/methane-reforming Process"Proceedings of ISEC2003, 2003 International Solar Energy Conference (Hawaii, USA, 15-16 March, 2003). (CD Publication). ISEC2003-44037 (2003)
• [Publications] 児玉 竜也: "Ni/ceramic/molten-salt composite catalyst with high-temperature thermal storage for use in solar reforming process"Energy. 29巻. 895-903 (2004)
• [Publications] 児玉 竜也: "Solar methane reforming using a new type of catalytically-activated metallic foam absorber"Journal of Solar Energy Engineering. (掲載予定). (2004)
• [Publications] 児玉 竜也: "Stepwise production of CO-rich syngas and hydrogen via methane reforming by a WO_3-redox catalyst"Energy. 28巻. 1055-1068 (2003)
• [Publications] 玉浦裕: "水素利用技術集成"エヌ・ティー・エス. 604 (2003)