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天然ガス/未利用熱ハイブリッド型の熱/化学エネルギー転換熱化学サイクルの開発

研究課題

研究課題/領域番号 10558072
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 エネルギー学一般
研究機関新潟大学

研究代表者

児玉 竜也  新潟大学, 工学部, 助教授 (60272811)

研究分担者 藤井 芳夫  日揮化学株式会社, 開発研究所, 研究員
北山 淑江  新潟大学, 工学部, 教授 (70018472)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
6,800千円 (直接経費: 6,800千円)
2000年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
1999年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
1998年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
キーワード集光太陽熱 / 天然ガス / ソーラー燃料 / メタン改質 / メタンカップリング / エネルギー転換 / 水分解 / 触媒 / エネルギー転換率 / 金属酸化物 / 熱化学サイクル
研究概要

本研究は、1000℃以下で集光太陽熱等の未利用熱を化学エネルギーへ高効率転換することを目的とし、天然ガス(メタン)を、エネルギー的に高位の燃料に転換する吸熱型の熱化学サイクル反応の検討を行うものである。具体的には、金属酸化物(反応性セラミック)を媒体とする下記の2つの熱化学サイクルで高活性・高選択性を示す反応性セラミックの開発を行う。研究成果は以下の通りである。
1. メタン改質/水分解サイクル
CH_4+M_xO_y→M_xO_<y-m-n-1>+(1-N)CO+nCO_2+(2-m)H_2O(1段目:高温吸熱反応)
M_xO_<y-m-n-1>+(m+n+1)H_2O→M_xO_y+(m+n+1)H_2 (2段目:低温発熱反応)
高活性セラミックとしてWO_3/ZrO_2とNi_<0.39>Fe_<2.61>O_4/ZrO_2の開発した。特にNi_<0.39>Fe_<2.61>O_4/ZrO_2では900℃以下で良好なサイクル反応を行うことができ、メタン転換率は40〜60パーセントであった。生成合成ガスはほぼメタノール合成に適したH_2/CO比=2を持っており、サンベルト地帯から太陽エネルギーをメタノールにして日本に輸送するという、NEDOで推進中の研究開発事業に適用できると考えられる。2段目の水分解反応で、ほぼ純粋の水素を得ることができ、燃料電池で燃料として容易に利用できる。
2. メタンカップリング/水分解サイクル
2CH_4+M_xO_y→M_xO_<y-2>+C_2H_4+2H_2O (1段目:高温吸熱反応)
M_xO_<y-2>+2H_2O→M_xO_y+2H_2 (2段目:低温発熱反応)
高活性セラミックとしてSnO_2/Fe_3O_4/SiO_2を開発した。さらに上記の2段階法を、酸化物にメタン/水蒸気混合ガスを同時に流通することによって900℃でサイクルさせ、1段階プロセス化することに成功した。C_2収率は4〜6%であったが、C_2選択率87〜94%を得ることができ、C_2生成速度としては、従来のメタンの水蒸気酸化によるC_2生成触媒と比較して最高速度が得られた。

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (25件)

  • [文献書誌] 児玉竜也: "High-temperature Reaction on Metal Oxides of CH_4 with H_2O to from C_2H_4, CO and H_2"Energy. 22巻. 859-866 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 児玉竜也: "High-temperature Conversion of CH_4 to C_2-hydrocarbons and H_2 using a Redox System of Metal Oxide"Energy & Fuels. 11巻. 1257-1263 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 清水忠昭: "Oxidative Coupling of Methane using H_2O as an Oxidant over Ferrite Catalysts"J. Magn. Soc. Jpn. 22巻S1号. 400-402 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 青木晃: "A Two-step Thermochemical Conversion of CH_4 to CO, H_2 and C_2-hydrocarbons below 1173 K"J. Phys. IV France. 9巻. Pr3 337-342 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 児玉竜也: "Thermochemical Methane Reforming using a Reactive WO_3/W Redox System"Energy. 25巻. 411-425 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 児玉竜也: "Solar Thermochemical Conversion of CH_4/Coal to H_2 and CO with H_2O using a Redox System of Ferrite"Proceedings of the 8th International Conference of Ferrites. (印刷中).

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 清水忠昭: "Dehydrogenative Coupling of Methane over SnO_2-Fe_3O_4 Catalyst in Methane/Water Co-Feeding System"Proceedings of the 8th International Conference of Ferrites. (印刷中).

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 清水忠昭: "Thermochemical Conversion of CH_4 to C_2-hydrocarbons and H_2 over SnO_2/Fe_3O_4/SiO_2 in Methane-Water Co-feed System"Energy & Fuels. (印刷中).

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tatsuya Kodama: "High-temperature reaction on Metal Oxides of CH_4 with H_2O to form C_2H_4, CO and H_2"Energy. 22. 859-866 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tatsuya Kodama: "High-temperature Conversion of CH_4 to C_2-hydrocarbons and H_2 using a Redox System of Metal Oxide"Energy & Fuels. 11. 1257-1263 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tadaaki Shimizu: "Oxidative Coupling of Methane using H_2O as an Oxidant over Ferrite Catalysts"J.Magn.Soc.Jpn. 22-S1. 400-402 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Akira Aoki: "A Two-step Thermochemical Conversion of CH_4 to CO, H_2 and C_2-hydrocarbons below 1173K"J.Phys.IV France. 9.Pr3. 337-342 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tatsuya Kodama: "Thermochemical Methane Reforming using a Reactive WO_3/W Redox System"Energy. 25. 411-425 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tatsuya Kodama: "Solar Thermochemical Conversion of CH_4/Coal to H_2 and CO with H_2O using a Redox System of Ferrite"Proceedings of the 8th International Conference of Ferrites. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tadaaki Shimizu: "Dehydrogenative Coupling of Methane over SnO_2-Fe_3O_4 Catalyst in Methane/Water Co-Feeding System"Proceedings of the 8th International Conference of Ferrites. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tadaaki Shimizu: "Thermochemical Conversion of CH_4 to C_2-hydrocarbon and H_2 over SnO_2/Fe_3O_4/SiO_2 in Methane-Water Co-feed System"Energy & Fuels. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 児玉竜也: "Thermochemical Methane Reforming using a Reactive WO_3/W Redox System"Energy. 25巻. 411-425 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 児玉竜也: "Solar Thermochemical Conversion of CH_4/Coal to H_2 and CO with H_2O using a Redox System of Ferrite"Proceedings of the 8th International Conference of Ferrites. (発表予定).

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 清水忠昭: "Dehydrogenative Coupling of Methane over SnO_2-Fe_3O_4 Catalyst in Methane/Water Co-Feeding System"Proceedings of the 8th International Conference of Ferrites. (発表予定).

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 清水忠昭: "Thermochemical Conversion of CH_4 to C_2-hydrocarbons and H_2 over SnO_2/Fe_3O_4/SiO_2 in Methane-Water Co-feed System"Energy & Fuels. (発表予定).

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 児玉 竜也: "Thermochemical methane reforming using a reactive WO_3/W redox system"Energy. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 青木 晃: "A Two-Step Thermochemical Conversion of CH_4 to CO, H_2 and C_2-hydrocarbons below 1173 K"J. Phys. IV France. 9巻. 337-342 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 児玉 竜也: "Efficient Two-Step Thermochemical Process Using Highly Reactive Metal Oxides for Conversion of High-Temperature-Heat to Chemical Fuels" Recent Reseach Development in Material Science. 1巻. 109-121 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 清水 忠昭: "Oxidative Coupling of Methane Using H_2O as An Oxidant over Ferrite Catalysts" Journal of the Magnetics Society of Japan. 22巻・S1号. 400-402 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 児玉 竜也: "New Synthesis Method of Ultrafine Ferrite by Reduction of Fe(III)-Tartrate Chelate Solution" Journal of the Magnetics Society of Japan. 22巻・S1号. 440-442 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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