高温高圧水中バイオマス部分酸化による低温水素製造プロセスの開発

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バイオマス処理溶媒に有用な高温高圧水を利用して、水素を効率よく生成するための新しい方法について研究している。申請者は水素製造法として、エネルギー生産の観点から熱化学的変換の中でも低温の200-400℃において、高温高圧水中でバイオマスを部分酸化させてCOやギ酸などの水素前駆体を選択的に生成させ、その後前駆体の水素生成反応を促進させることにより選択的に水素に転換する手法に着目している。従来、低温でバイオマスから水素を生成させる反応では、水素化活性金属触媒などを用いるため化学平衡的に有利なメタンの生成も進行してしまう。それに対し、申請者が提案する方法では、水性ガスシフト反応などに活性な触媒でCOやギ酸から水素を生成させる方法を採用するためメタンの生成が抑制でき、選択的に水素を生成させることができる。本研究では、回分式および流通式反応装置を用いて、高温高圧水中でのバイオマス(セルロースとリグニン、およびそれらのモデル化合物)の部分酸化・水素製造について、温度(200-400℃)、圧力(2-40MPa)、反応時間(10秒-60分)、酸素量、バイオマス濃度、金属酸化物触媒を様々変化させて、反応機構の解明と最適条件の決定を行う。最終的にはバイオマスからの連続水素製造装置を開発し、連続的にバイオマスを処理し高収率で水素を回収するプロセスを提案したい。これまで、触媒種やバイオマス種について温度、時間、酸素濃度を操作変数として検討した結果、グルコースのような単糖類からギ酸が選択的に生成でき、さらにギ酸であれば300℃以下でも短時間で完全に水素と二酸化炭素に分解でき、副生成物は皆無であることを見出した。これは、水素貯蔵媒体として液体であるギ酸を想定した場合、廃熱によりグルコースを予めギ酸に転換しておき、必要に応じてギ酸を水素に分解する新たな水素貯蔵・生成プロセス開発が可能であることを示している。今後は、小型分散型のグルコース改質装置ならびにギ酸分解装置を開発し、水素経済発展に貢献したい。