反応性セラミック粉体による新型ソーラー水熱分解器の開発

近年の大型太陽集光器の技術革新により、世界の日照条件の良いサンベルト地域で〜1500℃の太陽熱がMW級で得られるようになっており、高温太陽集熱による水素製造法として、反応性セラミック粉体による二段階水分解熱化学サイクルが注目されている。1000〜1400℃で水熱分解反応を高速で行うためには、「太陽集光直接照射型ソーラー反応器」の開発が急務であり、これによりサンベルト地域でのソーラー水素の製造が可能になると期待される。本研究では、水熱分解性セラミック内循環流動層による太陽熱水分解器の構築を行い、高出力太陽炉シミュレータで反応試験を行い、反応・エネルギー効率を検討した。得られた主な成果を以下に示す。-反応性セラミックの高温での反応・エネルギー効率の向上を検討した。これまで反応温度低温化の視点から、1400℃以上での水分解性能の知見は得られていなかった。1)本研究では1400-1600℃でのフェライト/m-ZrO_2の高温熱還元反応を行うことに成功した。2)熱還元反応温度の上昇で水素発生量、フェライト反応寄与率および反応速度が大幅に向上することを見出した。3)担体であるm-ZrO_2の温度誘起相転移は1500-1600℃でわずかであり、サイクル反応でのフェライト剥離やジルコニア層へのFeイオンの固溶はは起こらず、サイクル反応の進行に伴う反応・エネルギー効率の低下は起こらないと推察される。-本反応器のNiFe_2O_4/m-ZrO_2粉体粒子の内循環流動層の温度分布を詳細に検討した結果、使用する粒子径が高温での流動性と密接な関係にあることが分かった。また、層底部の分散板の形状を板状から角錐状に変更し内循環性を高める内循環部の設計変更を行った。

近年の大型太陽集光器の技術革新により、世界の日照条件の良いサンベルト地域で〜1500℃の太陽熱がMW級で得られるようになっており、高温太陽集熱による水素製造法として、反応性セラミック粉体による二段階水分解熱化学サイクルが注目されている。1000〜1400℃で水熱分解反応を高速で行うためには、「太陽集光直接照射型ソーラー反応器」の開発が急務であり、これによりサンベルト地域でのソーラー水素の製造が可能になると期待される。本研究では、水熱分解性セラミック内循環流動層による太陽熱水分解器の構築を行い、高出力太陽炉シミュレータで反応試験を行い、反応・エネルギー効率を検討した。得られた主な成果を以下に示す。-反応性セラミックの高温での反応・エネルギー効率の向上を検討した。これまで反応温度低温化の視点から、1400℃以上での水分解性能の知見は得られていなかった。1)本研究では1400-1600℃でのフェライト/m-ZrO_2の高温熱還元反応を行うことに成功した。2)熱還元反応温度の上昇で水素発生量、フェライト反応寄与率および反応速度が大幅に向上することを見出した。3)担体であるm-ZrO_2の温度誘起相転移は1500-1600℃でわずかであり、サイクル反応でのフェライト剥離やジルコニア層へのFeイオンの固溶はは起こらず、サイクル反応の進行に伴う反応・エネルギー効率の低下は起こらないと推察される。-本反応器のNiFe_2O_4/m-ZrO_2粉体粒子の内循環流動層の温度分布を詳細に検討した結果、使用する粒子径が高温での流動性と密接な関係にあることが分かった。また、層底部の分散板の形状を板状から角錐状に変更し内循環性を高める内循環部の設計変更を行った。