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2019 年度 実績報告書

過熱水蒸気による水放電分解水素製造法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K19044
研究機関岐阜大学

研究代表者

神原 信志  岐阜大学, 大学院工学研究科, 教授 (80362177)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード大気圧プラズマ / 過熱水蒸気 / 水素製造 / アンモニア水 / CO2フリー水素
研究実績の概要

現在,CO2フリー水素製造法として太陽光発電の電力を用いて水電解法により水素を製造する技術があるが,水電解の電力消費量やコストの面で課題があり,省エネ型の革新的なCO2フリー水素製造法が求められている.誘電体バリア放電で発生するプラズマは電子温度が高く,少ない消費電力でガス状の水(水蒸気)を分解し,水素を生成できる可能性があると考え,大気圧プラズマによる過熱水蒸気からの水素製造技術開発に挑戦した。
まず,円筒型プラズマメンブレンリアクターに飽和水蒸気を供給してプラズマを点灯させた.供給水蒸気濃度,印加電圧,ギャップ長等の条件を変化させ,水素生成挙動を調べた.この場合,最大水素転換率は3%程度と非常に低かった.次に4.0wt%アンモニア水溶液を30℃で蒸気とし,14 kVの印加電圧で分解したところ,最大水素転換率24.7%を達成した.さらに過熱水蒸気にアンモニアを少量添加することによって水素転換率がさらに大きく増加することを確認した.これは,過熱水蒸気が安定したプラズマ場を形成できること,アンモニアの添加によってガスの電気伝導度が高くなり,電子エネルギーによる水分子の電離が進んだことが要因であると考えた.エネルギー効率の比較では,アルカリ水分解法に若干お及ばなかったものの,今後の装置改良(特に加圧プラズマを形成するための平板型リアクターへの展開)により,革新的なCO2フリー水素製造法として確立できる見込みである.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] One-dimensional simulation of hydrogen production kinetic models by water vapor plasmolysis in a DBD plate reactor2020

    • 著者名/発表者名
      Mostafa El-Shafie, S. Kambara, Y. Hayakawa
    • 雑誌名

      J. Theoretical & Applied Physics

      巻: 14 ページ: 181-194

    • DOI

      10.1007/s40094-020-00376-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of the plasma and heating effect on hydrogen permeation through Pd0.60-Cu0.40 membrane in a micro-channel plate reactor2019

    • 著者名/発表者名
      Mostafa El-Shafie, S. Kambara, Y. Hayakawa
    • 雑誌名

      Int. J. Hydrogen Energy

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2019.10.21

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental analysis of plasma and heating effect on H2 permeation behavior through PdCu40% membranes in 1mm gap length plate reactor2019

    • 著者名/発表者名
      Mostafa El-Shafie, S. Kambara, Y. Hayakawa
    • 雑誌名

      Int. J. Hydrogen Energy

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2019.08.138

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A comparison between GDP and PDP experiments of hydrogen permeation through 15μm Pd60-Cu40% membrane thickness in a micro channel plate type reactor2019

    • 著者名/発表者名
      Mostafa El-Shafie, S. Kambara, Y. Hayakawa
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 149 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2019.111320

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preliminary results of hydrogen production from water vapor decomposition using DBD plasma in a PMCR reactor2019

    • 著者名/発表者名
      Mostafa El-Shafie, S. Kambara, Y. Hayakawa, T.Miura
    • 雑誌名

      Int. J. Hydrogen Energy

      巻: 44 ページ: 20239-20248

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2019.05.199

    • 査読あり
  • [学会発表] Hydrogen production from superheated steam decomposition by plasma reactor2019

    • 著者名/発表者名
      Md Hadi Iskandar Abd Razak
    • 学会等名
      The 7th East Asia Joint Symposium on Plasma and Electrostatics Technologies for Environmental Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogen production from steam using plasma membrane reactor with a flow channel2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kanayama
    • 学会等名
      Int. Workshop on Environmental Engineering 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogen permeation characteristics of plate-type plasma membrane reactor2019

    • 著者名/発表者名
      H. Sato
    • 学会等名
      Int. Workshop on Environmental Engineering 2019
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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