集光太陽熱反応性セラミックスを用いるソーラー水素生産に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12308022
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 玉浦 裕 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 教授 (00108185)
• 研究分担者: 児玉 達也 新潟大学, 工学部, 助教授 (60272811) ; 金子 宏 東京工業大学, 理学部, 助手 (90323774) ; 辻 正道 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 助教授 (20111643)
• キーワード: 太陽エネルギー / 水素生産サイクルシステム / マンガンフェライト / ZnO / マンガンフェライト / 二相分解性反応性セラミックス / 国際太陽エネルギー会議 / フレネルレンズ / ビームダウン型集光装置 / ヘリオスタット

研究概要

前年度(平成12年度)に、太陽エネルギー/水素生産サイクルシステムの二相分解性反応性セラミックス系として、Zn-フェライト系を用いることで酸素放出反応としてはかなり低温(1300℃)で進行することを見出したことに基づき、この系の酸素放出過程について実用化に向けた太陽反応炉を試作し、擬似集光太陽ビームとしてキセノンビームを用いた性能評価実験を行った。また、低温化できた理由として、ZnOがスピネル構造のAサイト選択性によるものと判断し、マンガンフェライト系による二相分解性反応性セラミックス系について反応性を検討し、ZnO/マンガンフェライト系において1000℃付近まで低温化出来ることを見出した。この系では酸化物固体相での相変換によるリサイクルシステムが可能であり、このリサイクルシステム用としての反応炉の概念設計を行い、実験によりその可能性を確認した。平成13年11月にオーストラリアで開かれた国際太陽エネルギー会議(研修出張)でこれらの内容を発表すると共に、本研究のオーストラリア大学との共同研究について打ち合わせを行い、反応炉の改良設計を行った(現地での実験は来年度に予定)(今年度は海外出張費は不使用)。前年度にビームダウン型集光装置のヘリオスタット面積及びフレネルレンズ面積を2倍に改良したものについて、集光光度測定器を用いて集光効率を正確に測定し、集光分布と集光システムの関連について検討した。さらに、太陽光をより正確に追尾する為にヘリオスタットの追尾架台をあらためて設計しなおして作成し、ヘリオスタットの日本独自技術の開発に向けた設計概念に対する開発課題の抽出を行った。また、改良した装置を用いて実際にZnO/マンガンフェライト系による性能評価実験を行い、太陽/化学エネルギー変換効率による水素生成の可能性のあることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] H.Kaneko, Y.Hosokawa, Y.Tamaura, et al.: "Enhancement of O_2-releasing Step with Fe_2O_3 in the water splitting by MnFe_2O_4-Na_2CO_3 system"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 62・7. 1341-1347 (2001)
• [文献書誌] Y.Tamaura, N.Kojima, N.Hasegawa, et al.: "Stoichiometric studies of H_2 generation reaction for H_2O/Zn/Fe_3O_4 system"International Journal of Hydrogen Energy. 26・9. 917-922 (2001)
• [文献書誌] H.Kaneko, Y.Hosokawa, Y.Tamaura, et al.: "Studies on metal oxides suitable for enhancements of O_2-releasing step in the water splitting by MnFe_2O_4-Na_2CO_3 system"Energy. 26・10. 919-929 (2001)
• [文献書誌] N.Gokon, Y.Oku, H.Kaneko, Y.Tamaura: "Methane Reforming with CO_2 in Molten Salt using FeO Catalyst"Solar Energy. 72・3. 243-250 (2002)
• [文献書誌] H.Kaneko, N.Kojima, Y.Tamnaura, et al.: "Reaction mechanism of H_2 generation for H_2O/Zn/Fe_3O_4 system"International Journal of Hydrogen Energy. (in press).
• [文献書誌] H.Kaneko, Y.Ochiai, Y.Tamaura, et al.: "Thermodynamic study based on the phase diagram of Na_2O-MnO-Fe_2O_3 system for H_2 production in three-step_water splitting with Na_2CO_3/MnFe_2O_4/Fe_2O_3"Solar Energy. (in press).