可搬型水素製造装置のための燃料改質および一酸化炭素除去技術の検討

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450308
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 江口 浩一 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00168775)
• 研究分担者: 菊地 隆司 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助手 (40325486) ; 竹口 竜弥 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30227011)
• キーワード: 水素製造 / メタノール / 高分子電解質燃料電池 / シフト触媒 / 固体酸化物燃料電池 / 内部改質 / 選択酸化

研究概要

水素を燃料とする燃料電池は化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換できる高効率なデバイスである。とくに高分子電解質燃料電池はコンパクトで可搬性に優れているため、自動車用、家庭用として期待されている。一方可搬型使用の場合、燃料である水素をいかにしてオンサイトで製造するかが問題となる。本研究ではメタノールや炭化水素から高効率で水素を製造する触媒反応系について検討する。メタノールや炭化水素の改質ガスからのCO除去法として以前Cu-Al_2O_3-ZnO系触媒による酸素添加シフト反応が有効であると報告した。特に150℃程度の触媒が十分な活性を示さない領域の活性向上に有効である。触媒の調製法について検討した結果、共沈法触媒では150℃における経時劣化を受け難いのに対し、含浸法触媒では活性が時間とともに劣化する傾向が強く現れる。この劣化は水蒸気と酸素によるCuの酸化に起因することを明確にし、含浸法触媒では微細な細孔を有するために水蒸気が凝縮しやすいものと予想した。この他にも燃料適応性に優れる内部改質型固体酸化物燃料電池についても検討した。メタン改質反応やシフト反応は燃料電池発電の原料線速度では動作温度である1000℃において速やかに進行することが明らかとなった。また燃料ガス中の水素とCOの比率を変化させたところ1000℃の運転ではCOリッチの燃料の方が性能が低い結果となった。900℃においては水素、COの性能は近いことから、この効果は濃度過電圧の違いによるものと予想される。異なる炭化水素種について発電性能を比較したところC_2燃料の内部改質では炭素析出による大幅な性能低下が観察された。

研究成果

• [文献書誌] T.Utaka,K.Sekizawa,K.Eguchi: "CO removal by oxygen assisted water gas shift reaction over supported Cu catalysts"Applied Catalysis,A. 194-195. 21-26 (2000)
• [文献書誌] 宇高俊正,田中洋平,関澤好史,佐々木一成,江口浩一: "酸化反応を伴なうCOシフト反応によるメタノール改質ガスからのCO除去"触媒. 42. 96-98 (2000)
• [文献書誌] T.Utaka,K.Eguchi,K.Sekizawa,K.Sasaki: "Removal of CO from Reformed Fuel by Shift Reaction and Selective Oxidation"Proc.2000 CEC/SAE Int.Spring Fuels and Lubricants Meeting. 95-96 (2000)
• [文献書誌] T.Utaka,R.Kikuchi,,K.Sasaki,K.Eguchi,: "Activity of Cu-Supported Catalysts for CO Removal from Reformed Fuels"International Symposium on fuel cells for Vehicles,. 236-241 (2000)