都市廃棄物発電の高効率化を図るダイレクト廃棄物燃料電池の開発

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都市固形廃棄物の資源化に関する最近の動向は、高効率かつ低コストのエネルギー資源として廃棄物を利用することである。本研究課題では、廃棄物を燃料として直接使用する、固体酸化物形燃料電池（SOFC）を開発し、従来技術以上の発電効率の達成を目的とする。昨年度は、上記目的を達成するためにSOFCを構成し、800°Cの温度でバイオマス、樹脂、プラスチック、および食品廃棄物のモデル燃料を使用して、発電特性評価とエネルギー媒体開発を行った。その結果、エネルギー媒体が無いと発電特性が低くまた持続的な放電が困難であったが、アノードに酸化鉄（Fe2O3）を添加することで、これらの課題を克服できることが見出された。これは燃料の熱分解・ガス化によって生成した水素と一酸化炭素がFe2O3をFeOに還元し、これが燃料電池反応の新たな燃料として機能することに起因した。今年度は、この技術を応用展開・改良する目的で、バイオマス廃棄物である雑草に着目した。雑草は大学周辺に生息するススキ、セイタカアワダチソウ、葛を取り上げた。これらの燃料は昨年度まで使用した純物質と異なり、セルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成され、さらにはケイ素やミネラル成分を含んでいた。そのため、エネルギー媒体としてFe2O3のみでは性能が不十分であったので、各種第二成分を添加して性能試験を行った。結果として、銀（Ag）とFe2O3混合物がエネルギー媒体として最高の性能を示すことが見出され、セイタカアワダチソウ燃料で出力密度0.41 W cm－2、葛燃料でエネルギー密度0.42 Wh g－1を得るまでに至った。加えて、発電後の雑草は有機物質が全て使用され、灰残渣のみになっていることが確認された。