Functional nanocarbon and hydrogen co-production systems for zero emission industry

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H01795
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Design and evaluation of sustainable and environmental conscious system
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: HONMA Itaru 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90181560)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 弘明 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (90804427) ; 笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80583351)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: グラフェン / 水素製造 / コプロダクション / 水熱電解 / 超臨界流体 / 亜臨界水 / ナノカーボン / 脱炭素

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we have developed a novel co-production processes of mono-layer graphene and hydrogen via hydrothermal cathodic reduction under a subcritical water. In the developed process, the hydrothermal subcritical water solution was used to enhance the electrochemical reaction kinetics due to an increased electrolytic dissociation rate of the water and prevent the formation of undesirable amorphous carbon. The hydrothermal electrochemical reaction enabled low-temperature graphene growth on a Pt cathode surface with simultaneous hydrogen production. The conversion of hydrocarbons/basic chemicals to the high-value-added nanocarbons, including graphene, carbon nanotubes, and fullerenes, with valuable hydrogen has high potential economic/environmental benefits.

Free Research Field

エネルギー材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、高付加価値の炭素素材を水素と同時生産することにより結果的に水素製造のコストダウンを実現するところにシステム工学的に革新性がある。地球温暖化対策のキーテクノロジーである水素は低コスト化と量産化が課題であるが、これをコプロダクションというシステム的なアプローチで解決できれば、工学上の難問に対する素晴らしい解答であり、環境技術としてのイノベーションになることが期待できる。コプロダクションが実現すれば、ゼロエミッション燃料である水素燃料の格段の低コスト化、市場普及するに違いない。持続可能社会に貢献する強力なゼロエミッション技術の創成は、産業経済への広範な波及効果が予想できる。