2023 Fiscal Year Research-status Report

大気圧流動層プラズマを利用した革新的小規模分散型アンモニア合成

Research Project

Project/Area Number	22K14236
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	全俊豪東京工業大学, 工学院, 助教 (90781310)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	エネルギーキャリア / アンモニア / 大気圧プラズマ / 流動層 / 触媒
Outline of Annual Research Achievements	近年，日本では発電量が不安定な再生可能エネルギー発電を大量投入した低炭素社会に移行し始めている。そこで，電力系統の安定性の観点からも余剰に生産した電力をエネルギーキャリアに貯蔵し輸送する技術の必要性が高まっている。エネルギーキャリアの中でもアンモニアは，17.8 mass%の質量水素密度を有しており，大量生産技術が確立され，燃料という形で直接利用できるエネルギーキャリアとして現在有望視されている。アンモニア合成の製造手法はハーバーボッシュ法が確立されており，現在も産業利用されているが，大量なエネルギーを使用する関係上，小規模分散型の再生可能エネルギー発電に適応できない。本研究計画では申請者独自に開発した大気圧流動層プラズマ（特許出願済み）とルテニウム担持ナノ粒子触媒を組み合わせて，再生可能エネルギー発電の余剰電力を有効活用した革新的なCO2フリーの小規模分散型アンモニア合成手法を目指す。本年度の研究実績としてはルテニウム担持アルミナ触媒をボールミルで粉砕し，ナノ粒子を含むように触媒粒子を加工した結果，昨年度までは15分程度しか維持できなかった。大気圧流動層プラズマの維持時間を1時間程度まで向上させることに成功した。また，アンモニアの生成効率も向上し，従来のパックドベットプラズマよりも4倍ほど高い結果となった。今後はさらなる大気圧流動層プラズマの維持条件を探し，安定的なアンモニア合成手法を開発していく予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究期間2年目である2024年度は大気圧流動層プラズマの維持条件を模索し，昨年度の15分程度の大気圧流動層プラズマの維持時間を4倍の1時間程度まで伸ばすことに成功した。大気圧流動層プラズマ自体の合成効率は従来手法の3倍程度高いため，いかに高効率の大気圧流動層プラズマを維持することが研究推進においては重要なことである。そのため，おおむね計画通り，おおむね順調に進展していると思われる。
Strategy for Future Research Activity	大気圧流動層プラズマの維持時間向上を達成したため，今後は更なる合成効率向上，及び大気圧流動層プラズマの維持時間向上を目指して研究を進めていく。
Causes of Carryover	他の予算も使用していたことで，次年度使用額が生じた。次年度では研究室を立ち上げるため，実験装置を購入したいと思います。