次世代水素ステーション実現に向けた太陽熱活用熱駆動水素圧縮の研究

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K14732
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 五舛目 清剛 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (70790476)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 水素 / 水素吸蔵合金 / 水素圧縮 / 太陽熱

Outline of Annual Research Achievements

2021年度は候補となる水素吸蔵合金の水素吸蔵放出圧力の温度依存性評価を行った。本研究では、微粉化傾向が比較的低く、消防法危険物第二類等に非該当の可能性が高いBCC（body-centered cubic）型の評価を行った。PCT（Pressure-Composition-Temperature）測定の結果、良好な性能を示したVTiCrFe合金では、20-150℃の冷却加熱により、合金中水素量1.3wt%に相当する水素を1.0MPaから20MPaへ圧縮可能な合金や、1.5wt%に相当する水素を0.15MPaから6.5MPaへ圧縮可能な合金等を特定した。太陽熱集熱パネルによる集熱特性評価では比較的高温度域の集熱が可能な真空管式太陽熱パネルを用いて行い、100℃以上でも安全に集熱が可能な消防法危険物非該当のシリコンオイルを循環させることで行った。太陽熱パネルの出口温度は循環流量に応じで変化し、最高200℃程度の温度も達成可能であることを確認した。一方で高温度域では放熱ロスや熱媒劣化の促進が懸念されることから、不必要に高温にせず、エクセルギー基準で高い集熱効率が期待できる温度（熱媒流量）で運転する必要があると考えられる。
2022年度は実際に太陽熱パネルからの熱媒を合金容器へ供給することで、熱駆動水素圧縮試験を試みた。実験では代表的なBCC合金であるVTiCr合金を使用した。水素圧縮試験は晴天時に通日太陽熱パネルからの高温熱媒及びチラーにより温調した冷熱媒を交互に合金容器へ循環することで行い、圧縮水素は水素ボンベへ供給した。反応容器へは最高140℃の熱媒が供給され、0.95MPaで吸蔵された水素を3-6MPaの水素ボンベへ昇圧・充填することが可能であった。目標の20MPaへの昇圧には及ばなかったが、実際に太陽熱パネルから熱を供給することでの熱駆動水素圧縮の実証試験に成功した。