燃料電池反応器を用いた二酸化炭素フリー燃焼によるメタンからのエクセルギー抽出

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1.これまでの経緯 地球環境を保全しつつエネルギーを確保するという観点から、二酸化炭素フリー燃焼への要求は高い。本研究では、メタンを直接二酸化炭素フリー燃焼へ供することのできる新しい燃焼反応プロセスを提案することを目的とする。その方策として、固体電解質燃料電池を隔膜型反応器として用い、空気とメタンを混合することなく、膜を透過した酸素のみを燃料(メタン)側に供給した。平成6年度はランタン-アルミ混合酸化物を燃料極触媒として用い部分酸化反応に有効な酸素種のみを供給する系を設計、気相燃焼を抑制しつつ、部分酸化を選択的に行いうることを明らかにした。このとき、反応エネルギーは直接電気エネルギーに変換された。2.実験装置の試作と運転 本年度は、この燃料極触媒を如何に効率よい電極として調製するかを目的として検討を行った。このため、超微粒子調製法の応用であるミスト法を開発した。これは加熱した電解質上に、超音波でミスト化したランタン-アルミの硝酸塩の水溶液を流通し、超微粒子として固定化するものである。ミスト法電極調製装置の設計試作を行い、ペースト法、ネブライザー法でそれぞれ調製した電極触媒との比較を行った。結果及び考察 ミスト法を用いることで基板との接着性に優れた均質な微粒子電極の調製に成功した。種々のキャラクタリゼーションを行い、反応成績は主に電極の粒径に依存することを明らかにした。ミスト法操作条件の影響を検討し、基板加熱時にミストの流通、流通停止を短時間の周期で繰返すことで粒径の制御が可能であることを見いだし、調製条件(ミスト噴霧時間や周期など)の最適化を行うことでCO_2フリーのままで従来の5倍近い反応活性を得た。同時に理論起電力相当電圧を観測し、燃料電池としてのエネルギー変換機能も確認できた。