太陽熱/化学燃料転換のための低温作動型メタン改質触媒デバイスの開発

用于太阳能热/化学燃料转化的低温操作甲烷重整催化剂装置的开发

• 批准号: 13780404
• 负责人: 児玉 竜也
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780404/
• 关键词: 集光太陽熱; 化学燃料; 太陽エネルギー転換; 吸熱反応; メタン改質触媒; 水素製造; 金属発泡体; 改質器; 太陽熱利用; 集光システム

吸熱反応であるメタンの二酸化炭素改質反応(CH_4+CO_2→2CO+2H_2)に集光太陽熱をプロセスヒートとして吸収させることで、製造燃料の持つエネルギーを原料メタンと比較して25%程度、太陽エネルギーによって増大させることが可能である。触媒を担持したセラミック発泡体プレート(触媒デバイス)に集光を直接照射し、これに反応ガスを流通して改質を行う大型のソーラー改質器が、欧米で既に開発されているが、この改質器を日本等の温帯地域で有効に利用するには、さらに高活性の触媒デバイスが必要である。本研究では、従来のセラミック発泡体に替えて、熱伝導効率の高い金属発泡体をデバイスに使用することが有効と考え、検討を行った。今年度は、昨年度に開発したRu/γ-Al_2O_3担持型Ni-Al-Cr合金発泡体(高温耐久性)の触媒デバイスについて合成条件を検討し、反応活性をさらに向上させることができた。今年度の研究成果の総括として、下記の2点が見出された。1)本研究のRu/γ-Al_2O_3担持金属発泡体は、太陽集光のエネルギー密度が低い場合に従来のRu/γ-Al_2O_3担持セラミック発泡体を超える反応効率を実現する。集光のエネルギー密度が200kW/m^2程度のとき、従来の触媒デバイスではエネルギー転換率が高々45%程度であるのに対し、本研究の金属発泡体触媒デバイスでは70%を超えるエネルギー転換率を達成することができた。コスト的にも高価なRhに替えて、より安価なRuを使用できるので触媒デバイスのコストダウンができる。2)本研究の金属発泡体触媒デバイスは、集光のエネルギー密度が高い場合においても、そのエネルギー分布が不均一なときに、従来のセラミック発泡体よりも高い反応効率を実現する。これらの特性は金属発泡体の良熱伝性によるものと考えられる。200kW/m^2の集光エネルギー密度は、日本等の温帯地域で1000倍程度の集光で容易に達成できる。実用化のためには、今後、本反応デバイスの大型化による反応試験が必要である。

Endothermic anti 応 で あ る メ タ ン の two acidification carbon modified reverse 応 (2 co h_2 + 2) + CO_2 and CH_4 に concentrated solar heat を プ ロ セ ス ヒ ー ト と し て suction 収 さ せ る こ と で, make fuel の つ エ ネ ル ギ ー を materials メ タ ン と compare し て 25% degree, the sun エ ネ ル ギ ー に よ っ て raised large さ せ る こ と が may で あ る. Catalyst を bear hold し た セ ラ ミ ッ ク 発 bubble body プ レ ー ト (catalyst デ バ イ ス) に set light を direct illuminate し, こ れ に anti 応 ガ ス を circulation し て modified line を う large の ソ ー ラ ー modification が, omega is で に open both 発 さ れ て い る が, こ の modification implement を Japan and other regional temperature の 帯 で have sharper に using す る に は, さ ら に highly active の catalyst デ バ イ ス が will To である. This study で は, 従 の セ ラ ミ ッ ク 発 bubble body に for え て unseen transmitting rate, thermal 伝 の high い 発 metal foam body を デ バ イ ス に use す る こ と が have sharper と え test line, beg を 検 っ た. Our は, yesterday's annual に 発 し た Ru/gamma - Al_2O_3 bear hold Ni - Al - Cr alloy 発 bubble body temperature (durability) の catalyst デ バ イ ス に つ い て を synthetic conditions, beg し 検 応 active を さ ら に upward さ せ る こ と が で き た. This year 's <s:1> research results 総 include と て て, and the following two points が are shown in された. 1) this study の Ru/gamma Al_2O_3 bear a metal body は 発 bubble, the sun set light の エ ネ ル ギ ー low density が い occasions に 従 to の Ru/gamma Al_2O_3 bear hold セ ラ ミ ッ ク 発 bubble body を super え る anti 応 を sharper rate be presently す る. Concentrated の エ ネ ル ギ ー density が 200 kw/m ^ 2 degree の と き, 従 の catalyst デ バ イ ス で は エ ネ ル ギ ー planning in high が 々 45% degree で あ る の に し polices, this study の metal 発 bubble catalyst デ バ イ ス で は 70% を super え る エ ネ ル ギ ー を planning change rate reached す る こ と が で き た. The コ ス ト に も high 価 な Rh に for え て, よ り Ann 価 な Ru を use で き る の で catalyst デ バ イ ス の コ ス ト ダ ウ ン が で き る. 2) this study の 発 bubble body metal catalyst デ バ イ ス は, concentrated の エ ネ ル ギ ー high density が い occasions に お い て も, そ の エ ネ ル ギ が ー distribution heterogeneity な と き に, 従 の セ ラ ミ ッ ク 発 bubble body よ り も high い anti 応 を sharper rate be presently す る. The properties of the <s:1> れら <s:1> metal efflovescent body <s:1> good thermal 伝 property による <s:1> と test えられる. 200 kw/m ^ 2 の concentrated エ ネ ル ギ は ー density is 1000 times, Japan and other regional temperature の 帯 で degree の concentrated で に easily reach で き る. Practical <s:1> ために ために, in the future, the present 応デバ ス ス <s:1> large-scale による 応 experiments が are necessary である.

项目成果

児玉 竜也: "Nickel Catalyst Driven by Direct Light Irradiation for Solar CO_2-Reforming of Methane"Energy & Fuels. 16. 1016-1023 (2002)

Tatsuya Kodama：“直接光照射驱动的镍催化剂用于太阳能 CO_2 甲烷重整”能源与燃料。 16. 1016-1023 (2002)

木山 淳: "New Catalytically-Activated Metal/Ceramic Foam Absorbers for Solar Reforming Receiver-Reactor"Proceedings of the 11th SolarPACES International Symposium on Concentrated Solar Power and Chemical Energy Technologies. 337-343 (2002)

Jun Kiyama：“用于太阳能重整接收器-反应器的新型催化激活金属/陶瓷泡沫吸收器”第 11 届 SolarPACES 国际聚光太阳能和化学能源技术研讨会论文集 337-343 (2002)。

児玉 竜也: "Catalytically Activated Metal Foam Absorber for Light-to-Chemical Energy Conversion via Solar Reforming of Methane"Energy & Fuels. 17. 13-17 (2003)

Tatsuya Kodama：“通过太阳能重整甲烷将光转化为化学能的催化活化金属泡沫吸收剂”能源与燃料。

児玉 竜也: "CO_2 Reforming of Methane in a Molten Carbonate Salt Bath for Use in Solar Themochemical Processes"Energy & Fuels. 15. 60-65 (2001)

Tatsuya Kodama：“用于太阳能热化学过程的熔融碳酸盐盐浴中甲烷的 CO_2 重整”能源与燃料。

児玉 竜也: "Stepwise Production of CO-Rich Syngas and Hydrogen via Solar Methane Reforming by using a Ni(II)-Ferrite Redox System"Solar Energy. (発表予定). (2003)

Tatsuya Kodama：“使用 Ni(II)-铁氧体氧化还原系统通过太阳能甲烷重整逐步生产富含 CO 的合成气和氢气”太阳能（2003 年）。