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2017 年度 実績報告書

排熱回収を指向した低温でのエタノール水蒸気改質による高効率水素製造

研究課題

研究課題/領域番号 15K18272
研究機関早稲田大学

研究代表者

小河 脩平  早稲田大学, 理工学術院, 助教 (40707915)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード資源・エネルギー有効利用技術 / 水素製造 / エタノール水蒸気改質 / 低温触媒反応 / バイオマス
研究実績の概要

触媒層に電場を印加した電場触媒反応(Electreforming)による反応温度の低温化検討においては,Pt/CeO2触媒を用い,H2OとD2Oを用いた活性試験により,反応速度に及ぼす同位体効果を詳細に検討した。その結果,電場を印加した時のみ,水分子が関与する反応であるアセトアルデヒド水蒸気改質と水性ガスシフトの2つの反応過程において反応速度に同位体効果が現れ(H2Oを用いた時よりもD2Oを用いた時の方が反応速度は低下した),水分子が関与する反応が電場で活性化されることが示された。また高活性触媒についても検討を進め,CeO2にZrO2を固溶したCe1-xZrxO2を調製し,担体として用いたところ,同触媒量あたりの活性はPt/CeO2触媒よりもPt/Ce1-xZrxO2触媒の方が高くなることを見出した。
この低温電場触媒反応はエタノールの水蒸気改質だけでなく,ジメチルエーテルの水蒸気改質に対しても適用可能であり,Pd/CeO2触媒を用いて電場を印加することで,473 K以下の低温でも十分な反応速度で進行し,高い水素選択性(メタン副生の抑制)を示すことを明らかにした。ジメチルエーテルはエタノールと同じ化学式(C2H6O)で表現できるが,C-C結合を持たないため反応性が高く,高い転化率,水素収率,エネルギー効率が得られた。また,従来の触媒反応によるジメチルエーテルの水蒸気改質においては,酸触媒を用いてジメチルエーテルの加水分解を促進する必要があったが,電場触媒反応においては酸触媒が存在しなくても反応が進行した。これまでの検討により電場印加によって触媒表面上で吸着水を介したプロトン伝導が起こることが観測されているため,このプロトンがジメチルエーテルの加水分解を促進するために,酸触媒が存在しなくてもジメチルエーテルの水蒸気改質が進行すると考えた。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hydrogen production by water decomposition through redox reaction of Ce-based metal oxide systems in electric field2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Ogino, Yusuke Sasaki, Yutaro Kurosawa, Shuhei Ogo, Tomohiro Yabe, Wakichi Kondo, Taisuke Ono, Kunihiro Kojima, Yasushi Sekine*
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 47 ページ: 643-646

    • DOI

      https://dx.doi.org/10.1246/cl.180055

    • 査読あり
  • [学会発表] セリア担持白金触媒を用いた低温電場中でのエタノール水蒸気改質による水素製造2018

    • 著者名/発表者名
      〇小河脩平,桜井沙織,関根 泰
    • 学会等名
      石油学会第67回研究発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] CeO2担持Pd触媒を用いた低温でのメタン水蒸気改質における表面プロトニクスの役割2018

    • 著者名/発表者名
      〇真鍋 亮,岡田篤樹,稲垣玲於奈,小河脩平,SINDRE Stub,NORBY Truls,関根 泰
    • 学会等名
      第121回触媒討論会
  • [学会発表] Pd系合金触媒を用いた電場中での低温メタン水蒸気改質2017

    • 著者名/発表者名
      〇鳥本万貴,矢部智宏,古川森也,小河脩平,関根 泰
    • 学会等名
      第37回水素エネルギー協会大会
  • [学会発表] 天然ガスからの水素・化学品製造のための低温触媒反応プロセス2017

    • 著者名/発表者名
      〇小河脩平,渡部 綾,関根 泰
    • 学会等名
      第120回触媒討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] DME水蒸気改質に対する表面プロトニクスの影響の検討2017

    • 著者名/発表者名
      〇稲垣玲於奈,真鍋 亮,岡田篤樹,小河脩平,関根 泰
    • 学会等名
      第120回触媒討論会
  • [学会発表] Hydrogen production from water using catalytic reaction in an electric field2017

    • 著者名/発表者名
      〇Kentaro Ogino, Shuhei Ogo, Wakichi Kondo, Masaki Takeyama, Kunihiro Kojima, Yasushi Sekine
    • 学会等名
      EUROPACAT2017
    • 国際学会
  • [備考] 個人研究成果発信用HP

    • URL

      http://www.aoni.waseda.jp/ogo/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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