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大規模二酸化炭素資源化のための金属基板固体酸化物電気分解セルスタックの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H02807
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関東京工業大学

研究代表者

加藤 之貴  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20233827)

研究分担者 高須 大輝  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (00833922)
佐伯 功  室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (50235090)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
キーワード炭素循環 / 二酸化炭素 / 電気分解 / MS-SOEC / カーボンニュートラル / 二酸化炭素資源化 / 一酸化炭素 / SOEC / CO2電気分解 / CO / 資源化
研究開始時の研究の概要

二酸化炭素(CO2)を資源として循環する炭素循環エネルギーシステムの産業実装による産業の革新的な低炭素化が本研究のゴールである。CO2の還元・資源化がキーテクノロジーであり、本研究では固体酸化物電気分解セル(Solid Oxide Electrolysis Cell、SOEC)を用いたCO2還元によるCO2資源化を目指す。社会実装に必要な大量還元の大面積化を実現するため、金属基板上にSOECを製膜した新たな金属基板支持SOEC (MS-SOEC)の開発を進め、セルの大面積化、大規模CO2還元の可能性を示す。合わせて、積層化(スタック化)のための技術課題の解決を進める。

研究成果の概要

本研究ではカーボンニュートラル産業の実現のために能動的炭素循環エネルギーシステム(Active Carbon Recycling Energy System, ACRES)を提言し、ACRESに必須な積層可能は金属支持固体酸化物電気分解セル(Metal Supported Solid Oxide Electrolysis Cell, MS-SOEC)を開発に成功し、MS-SOECによるCO2電気分解を実証した。実験結果よりACRESの定量的な可能性を明らかにした。以上からMS-SOECの開発により大面積化スタック化によるACRESの大規模化が可能であることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではカーボンニュートラル産業の実現のために能動的炭素循環エネルギーシステム(Active Carbon Recycling Energy System, ACRES)を提言し、ACRESに必須な積層可能は金属支持固体酸化物電気分解セル(Metal Supported Solid Oxide Electrolysis Cell, MS-SOEC)を開発に成功し、MS-SOECによるCO2電気分解を実証した。ACRESはカーボンニュートラル産業の拡大に貢献する点で社会的意義が大きい。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Development of Metal Supported SOEC for Carbon Recycling Iron Making System2020

    • 著者名/発表者名
      3.H. Takasu, Y. Maruyama, Y. Kato
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 60 号: 12 ページ: 2870-2875

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-506

    • NAID

      130007956953

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • 年月日
      2020-12-15
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Carbon Dioxide Reduction on a Metal-Supported Solid Oxide Electrolysis Cell2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Numata, K. Nakajima, H. Takasu, Y. Kato
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 59 号: 4 ページ: 628-633

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2018-430

    • NAID

      130007633353

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • 年月日
      2019-04-15
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Effect on electrolysis performance depending on cell layer composition of metal-supported solid oxide electrolysis cells2023

    • 著者名/発表者名
      Sho Kuzukami, Kosuke Umeda, Shuzo Tominaga, Tan Zhe Hiroki Takasu, Yukitaka Kato
    • 学会等名
      International Symposium on Zero-Carbon Energy Systems (IZES)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Electrolyte Particle Size on CO2 Electrolysis Performance of Metal-Supported Solid Oxide Electrolysis Cells Prepared by Atmospheric Plasma Spraying Method2023

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Umeda, Yuko Maruyama, Sho Kuzukami, Shuzo Tominaga, Tan Zhe, Yukitaka Kato, Hirok Takasu
    • 学会等名
      International Symposium on Zero-Carbon Energy Systems (IZES)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Metal-Supported Solid Oxide Electrolysis Cell for CO2 Reduction in Carbon Recycling Energy Systems2022

    • 著者名/発表者名
      Umeda Kosuke, Sho Kuzukami, Yuko Maruyama, Tan Zhe, Yukitaka Kato, Hiroki Takasu
    • 学会等名
      The Sixth International Symposium on Innovative. Materials and Processes in Energy Systems (IMPRES2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrolysis performance of a metal supported-solid oxide electrolysis cell for low-carbon iron making process2021

    • 著者名/発表者名
      Sho Kuzukami, Yuko Maruyama, Shuzo Tominaga, Hiroki Takasu, Yukitaka Kato
    • 学会等名
      The First Symposium on Carbon Ultimate Utilization Technologies for the Global Environment (CUUTE-1)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of solid oxide electrolysis cell for CO2 reduction in active carbon recycling energy system for iron-making process2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Maruyama, K. Nakajima, H. Takasu, Y. Kato
    • 学会等名
      The Fifth International Symposium on Innovative Materials and Processes in Energy Systems (IMPRES2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Active Carbon Recycling Energy System (ACRES) for the Next Low-Carbon Society2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato
    • 学会等名
      5th International Workshop on Heat/Mass Transfer Advances for Energy Conservation and Pollution Control
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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