2012 Fiscal Year Research-status Report
二酸化炭素直接還元炭素資源再生による再生可能エネルギーの負荷平準化
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24656550
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 之貴 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 准教授 (20233827)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
劉 醇一 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教 (70376937)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 炭素循環 / 二酸化炭素 / 還元 / 炭素資源再生 / 再生可能エネルギー / 負荷平準化 |
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| Research Abstract |
二酸化炭素（CO2）電気分解セルを製作しCO2電気分解の実証を行った。熱力学上有利な800℃以上での高温で電気分解を行った。目的のセルは固体酸化物燃料電池（SOFC）と同様の構成をとり、SOFCと逆の電解をかけて電気分解を行った。カソード極向けのCO2分解触媒と酸素伝導粒子を混合した粒子を調製し、逆電解を与えCO2を還元した。電解質には円筒形のイットリア安定化ジルコニア（YSZ）を用いた。電解質外側をカソード極にはCO2分解触媒と酸素伝導の機能を有したNickel／Lanthanum Strontium Manganate（LSM）混合物触媒粒子を調製し用いた。円筒内面アノード極としカソード極と同じくNickel／LSM混合物をペーストを混合して塗布した。YSZの内外表面には白金メッシュを固定し電気分解むけの電力を供給した。電気炉にて反応部を800～900℃の範囲で目標温度に加熱保温し、電気分解のためにポテンショスタット/ガルバノスタットにて電圧を設定し電流量を測定した。生成ガスをガスクロマログラフで分析した。電気分解実験の結果、一酸化炭素（CO）、炭素、酸素の生成が確認された。COと酸素の生成比は、ほぼ2:1と量論比通りであり、概ねファラデー側にも則っていたことから、CO生成反応が主反応として反応が進んだことが確認された。一方でカソード電極に炭素析出が確認された。以上から本研究目的であるCO2の再資源化、再生可能エネルギーの負荷平準化への貢献性に必要な実験データが蓄積された。今後、目的に応じた反応条件の検討を進める。
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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
二酸化炭素（CO2）電気分解セルを製作しCO2電気分解の実証を行った。熱力学上有利な800℃以上での高温で電気分解を行った。目的のセルは固体酸化物燃料電池（SOFC）と同様の構成をとり、SOFCと逆の電解をかけて電気分解を行った。電気炉にて反応部を800～900℃の範囲で目標温度に加熱保温し、電気分解のためにポテンショスタット/ガルバノスタットにて電圧を設定し電流量を測定した。生成ガスをガスクロマログラフで分析した。電気分解実験の結果、一酸化炭素（CO）、炭素、酸素の生成が確認された。COと酸素の生成比は、ほぼ2:1と量論比通りであり、概ねファラデー側にも則っていたことから、CO生成反応が主反応として反応が進んだことが確認された。一方でカソード電極に炭素析出が確認された。目的のCO2の再資源化の可能性を実験的に実証し、反応動力学的知見をえることができた。以上から本研究目的であるCO2の再資源化、再生可能エネルギーの負荷平準化への貢献性に必要な実験データが蓄積された。よって、おおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
二酸化炭素（CO2）電気分解セルの材料調製の最適化を進め、CO2再資源化の高度化を進める。成果をもとに、本研究目的であるCO2の再資源化、再生可能エネルギーの負荷平準化への貢献性を評価する。目的のセルは固体酸化物燃料電池（SOFC）と同様の構成をとり、SOFCと逆の電解をかけて電気分解を行う。カソード極向けのCO2分解触媒と酸素伝導粒子を混合した粒子を調製し、逆電解を与えCO2を還元した。電解質には円筒形のイットリア安定化ジルコニア（YSZ）を用いた。電解質外側をカソード極にはCO2分解触媒と酸素伝導の機能を有したNickel／Lanthanum Strontium Manganate（LSM）混合物触媒粒子を調製し用いる。カソード向けの混合物触媒粒子の混合比の最適化をすすめる。同様に円筒内面アノード極としカソード極も同じく触媒混合比の最適化を進める。反応条件の最適化が合わせて必要であるので800-900℃程度に反応温度を広げて反応性の検討を進める。あわせて導入ガスのCO2分圧の影響を検討する。また、長時間反応耐久性を検討する。これらの触媒、反応条件変化の中での反応性評価を進め化学動力学的検討を進める。得られた最適材料の結果をもとに本研究目的であるCO2の再資源化、再生可能エネルギーの負荷平準化への貢献性を明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
H24年度の残額の発生状況：
目標の二酸化炭素（CO2）電気分解セル作成にはカソード層、およびアノード層の触媒材料の選択が重要である。平成24年度はいつくかの触媒の評価を予定して触媒購入の予算を計上した。先ずNickel／Lanthanum Strontium Manganate（LSM）混合系の触媒が候補であり、この触媒活性の検討を進めた。しかしながら最初の混合比での触媒材料の反応速度論的な評価、反応性実証を確実に進めるために研究時間を要した。その他の混合比の触媒候補を用いた材料の最適化検討を次年度以後に行うこととした。このため、H24年度予算に材料購入費に未使用分が発生したので、次年度に活用することとした。
H25年度の研究費（残額＋新規交付額）の使用計画：
平成25年度は二酸化炭素（CO2）電気分解セルの触媒を種々調製・準備し触媒材料の最適化を進める。そのための触媒購入に研究費を用いる。また、長時間実験にむけての装置の自動記録化を進めるために研究費を用いる。カソード極にはH24年の検討で候補として見出したCO2分解触媒と酸素伝導の機能を有したNickel／LSM混合系触媒について種々の触媒混合比の材料を用い検討を行い触媒材料の最適化をすすめる。同様にアノード極も同じく触媒混合比の最適化を進める。これらの最適化に向けて種々のセル材料の購入に予算を活用する。また、長時間耐久性試験のデータ記録のためにデータロガーを購入し、反応状況を記録する。
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