2015 Fiscal Year Annual Research Report
炭酸ガス電気化学的還元手法の閉鎖環境制御への応用研究
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15H04206
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
曽根 理嗣 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (70373438)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅田 実 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (20323066)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 航空宇宙環境 / 閉鎖環境制御 / 生命維持 / 炭酸ガス利用 / 燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有人宇宙活動の長期化や拠点化が進む中では炭酸ガス有効利用は重要である。今日、炭酸ガス還元にはサバチエ反応が用いられる（CO2+4H2→CH4+2H2O）。この反応はメタンと水を生じる。水は活用されるがメタンは廃棄される為、閉鎖系物質収支はマイナスとなる。また当該反応は一般に350℃以上で平衡になる発熱反応であり、高温維持の為のエネルギー投入と熱処理に課題が多い。
提案者らは炭酸ガスの酸化力と水素の還元力に着目し、両者の間で燃料電池を構築し、電力と炭酸ガス還元体の同時創出に世界で初めて成功した。当該反応は100℃以下で維持が可能であり、外部エネルギーの投入は不要であり、「発電」が可能である。本提案ではヒトの生活に有効な生成物の選択性と収率の向上を図るために反応機構を解明し、当該技術の実利用を可能にするための研究を進めた。
平成２７年度には、特に、炭酸ガスを水素と反応させるリアクターとしての燃料電池を準備した。正確な反応電位の把握するため図５のように参照極を挿入したセルを用意した。またセル側面にはヒータを設置し、適切な温度制御を実施可能とした。当該セルに対し炭酸ガスと水素を加湿供給するための供給ラインを整備し、連続的な発電試験が実施出来る体制を整えた。この中では、電極活性化を施しつつ、発電後の成分を直接GC／MSに供給する設備の設置を行った。また、燃料電池技術の応用として、化学プロセスのソルバーによる解析技術の習得を図り、炭酸ガスと水素の反応プロセス解析に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定通りに研究が進捗しており、特に問題は発生していない。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の過程から、燃料電池セルの組み立てプロセスや構造に、生成物への影響を及ぼす要素が含まれる可能性が示唆されている。
当該要素の研究を進めつつ、当初予定通りに、反応生成物の定量分析から発展し、反応機構の明確化を試みる。特に計算化学を導入し反応場シミュレーションを行い、触媒へのガス吸着から反応中間体の保持／脱離のメカニズムを明確にする。この中では、使用する触媒について、当初のPt-Ru系合金の金属比率の変更や合金化の異なる触媒系，膜電極接合体の製作条件等をパラメータとし、膜への触媒の定着条件や触媒の表面の電子状態や結晶面の反応活性に与える影響を精査する。
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