水とイオウ資源を利用した太陽エネルギー変換システムの構築

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14103016
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田路 和幸 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10175474)
• 研究分担者: 井上 千弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30271878) ; 篠田 弘造 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10311549) ; バラチャンドラン シャヤデワン 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80261593) ; 中村 崇 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20112360) ; 山崎 仲道 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50036589)
• キーワード: 太陽光エネルギー / 水素製造システム / ストラティファイド光触媒 / 硫化水素 / イオウ化合物 / 水素

研究概要

本研究では、イオウ化合物である硫化水素の光分解により太陽光エネルギーを化学エネルギーである水素に変換し、イオウを原料である硫化水素に戻すシステムの開発を目的としている。これは、光反応後生じたイオウを水と反応させ原料の硫化水素を再合成できるような反応系の可能性を見極めることが重要である。このようなイオウリサイクルの確立により、結果的に太陽エネルギーを利用した水からの水素製造システムが完成することになる。
本年度においては、キセノン光源を用いた水素生成実験と溶液中のイオウ関連イオンの詳細な分析により、光反応におけるイオウ反応フローを解明してイオウリサイクルシステム達成の指針を明確にするための基礎実験を開始した。また従来の触媒調製法を詳細に検討し、高い量子効率を維持しつつストラティファイドCdS光触媒の調製プロセスを現在の数十倍までスケールアップさせ、光触媒大量合成の目処がついた。一方、光反応後のイオウ化合物を原料にリサイクルするための2つの反応プロセスに関する研究を開始した。ひとつは微生物反応プロセスであり、種々のフィールドから採取したサンプルから有望な硫黄還元菌株を得ることに成功し、硫化水素生成に関する基礎実験を開始した。もうひとつは熱分解反応プロセスで、オートクレーブを用いた水熱反応実験から、この反応が硫化水素生成に利用可能であることを示唆する結果を得た。
来年度予定している、太陽エネルギー変換ミニシステムによる実機試験に向けての、水素生成反応(光反応)およびイオウリサイクル反応(微生物・水熱反応)を円滑に循環させるための反応条件(pH、温度、イオン濃度など)を決定するための実験にも着手し、最適化への指針を得た。

研究成果

• [文献書誌] B.Jeyadevan, A.Hobo, O.Perales Perez, K.Tohji, et al.: "Solution Synthesis of Nanocrystalline Core-Shell Structured NiCo Particles"Journal of Powder and Powder Metallurgy. 50・2. 107-113 (2003)
• [文献書誌] B.Jeyadevan, C.N.Chinnasamy, K Shinoda, K.Tohji, et al.: "室温での高保磁力達成を目指した結晶成長アシストプロセスによるコバルトフェライトナノ粒子の合成"Journal of Powder and Powder Metallurgy. 50・2. 114-119 (2003)
• [文献書誌] B.Jeyadevan, N.Chinnasamy, K.Shinoda, K.Tohji et al.: "Synthesis and Magnetic Properties of Core-Shell Structured (NiCo)O(AFM)-NiCo(FM)Magnetic Nanoparticles"IEEE Transaction on Magnetics. 38・5. 2595-2597 (2002)
• [文献書誌] C.N.Chinnasamy, B.Jeyadevan, K.Shinoda, K.Tohji, et al.: "Growth Dominant Co-Precipitation Process to Achieve High Coercivity at Room Temperature in CoFe2O4 Nanoparticles"IEEE Transaction on Magnetics. 38・5. 2640-2642 (2002)
• [文献書誌] K.Shinoda, T.Arai, H.Ohshima, B.Jeyadevan, A.Muramatsu, K.Tohji, E.Matsubara: "Local Atomic Structure and Electronic State of ZnS Films Synthesized by Using CBD Technique"Materials Transactions. 43・7. 1512-1516 (2002)
• [文献書誌] K.Shinoda, B.Jeyadevan, M.Kasai, I.Nakatani, H.Oka, K.Tohji: "Characterization of Inherent Clusters in Water-based Magnetic Fluid"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 141. 141-143 (2002)