2016 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ている。
触媒としてPt-Ruを使用し、反応メカニズム解明のための実験を展開した。
反応生成物に電位依存性があるが、この電位に電極の接触抵抗が影響を及ぼすことが可能性としてあり得るため、接触抵抗が異なる複数の実験を実施した。ただし、結果としては特に影響を受けているような兆しはなく、従来の燃料電池セルの設計に、反応場に対して影響を与えるようなパラメータはないことが認識されつつある。
また、特に当該反応場では、炭酸ガスと水素を反応させている。水素は炭酸ガス側に混入することは、物理的および化学的に可能であり、この混入した水素がカソード側で化学反応を起こしていることが可能性としてありうる。これは、当該反応が純粋に燃料電池反応として期待される生成物を作り出しているのか、生成物生成過程と反応場は別に存在するかを明確にするために重要な要素となる。当該実験には、カソード側に微量の混合ガスを使用して混合ガスごとの反応生成物への影響を見極める必要があり、現在も検討を進めているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
反応メカニズム解明のためにマイクロGCを使用することを検討してきたが、計測精度に課題があるため、マススぺクトロメータとの併用を進めてきた。その他、実験に必要とされるパラメータ調整のための要素技術の習得が進んでおり、当該実験に必要な計測手法としては習得された。また解析に必要なマトラブ等のソフトの導入も進んでおり、反応場シミュレーションも可能な状態にある。現在は、実験的手法による反応パラメータの絞り込みを進めており、当初の予定通り「反応機構の明確化と反応効率向上の検討」を進めているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験的に、当該反応場が電気化学的側面以外から埋める影響を括りだす作業を進めている。そのうえで、反応に使用するリアクターの構成条件が決定されたところで、JAXAに経験のある触媒が当該反応に導入できるか否か、検討を進展させる。
また、電位、温度条件等で反応生成物の選択性がかわることが想定されるため、活性の認められた触媒に対して、暫時、反応の最適条件の探索を進める。
最終的には、リアクターとしての実用化には反応場の維持が重要であり、必要補器類の選定等を含めて設計要素の割り出しを進めることとなる。
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