亜硫酸ガスをアノード反応に利用した水電気分解による電力半減水素製造法

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630381
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 宇田 哲也 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80312651)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 水素製造 / 亜硫酸利用 / 硫酸製造 / 銅製錬 / 亜鉛製錬

Outline of Annual Research Achievements

非鉄金属製錬の副産物である亜硫酸ガス(SO2)は還元性のガスであるが、積極的にこの還元性を有効利用しているとは言いがたい。本研究ではこれを水溶液に溶解させ、水の電気分解の際のアノード反応として利用することを着想した。国内だけを考えても銅は150万トン生産されており、単純には、11.4億m3（室温１気圧）の水素発生（カソード）反応に相当する量のアノード反応となりうるSO2が発生している。これらは、前述したように、特に有効利用されているわけではなく、酸素により酸化し硫酸(H2SO4)として販売され、今回のように活用することには意義があると考えている。

しかし、亜硫酸ガスもしくは、亜硫酸イオンの直接酸化を行う場合には、これらの物質がアノード近傍だけに留まらずに、カソードで還元され、硫黄を生成しセル電圧の上昇を招くことが判明した。そこで、ヨウ素のレドックスカップル（I3-/I-)を用いて、この問題の解決を試みた。

結果、水の電気分解時のアノード側(酸素発生極)で、酸素発生の代わりにヨウ化物イオン(I-)の酸化反応を進行させることにより、水素製造時に必要な電圧を約1 V低下できることを示した。また、I-の酸化反応によって生じたI3-を、亜硫酸イオン(SO32-)を用いて還元することによってプロセス内で循環利用できることを示した。今後は、セル構造の最適化、電極の開発などを継続し、省エネルギー水素製造法の構築を目指したい。