ハイドレート利用の高含有率・高速貯蔵可能な水素貯蔵マテリアルの開発

本研究は, ハイドレート利用の水素貯蔵プロセスの開発を行う上で重要となる, 水素分子の固定化能力と移動促進能力の支配因子を特定し, この双方の観点から貯蔵マテリアルとして最適化する方法論を確立することを目的とする. 24年度の検討に引き続き, tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB)やtetra-n-butyl ammonium chloride (TBAC), tetra-n-butyl ammonium fluoride (TBAF)を用いたセミクラスレートハイドレート粒子への水素の平衡吸着挙動に関する研究を行った. その際, 水素吸着量の経時変化に対して, 新規速度論モデルによる解析を行い, 水素吸着速度および拡散速度の観点から膜状ハイドレートの有用性を評価した. さらに, バイオガス利用の水素精製プロセスでは, 高濃度二酸化炭素を含んだ水素混合ガスとなるため, ガス分離および水素貯蔵一体型の高効率貯蔵プロセスについても検討を行った.平成25年度の検討にて, TBAFセミクラスレートハイドレートの平衡水素吸着量は形成条件により変化することを確認した. 24年度における結果と合わせると, 吸着量の観点から2.6mol% TBAB添加時にHS-I構造, 3.7mol% TBAB, 3.2mol% TBACおよび3.0mol% TBAF添加時にTS-I構造, 3.3mol% TBAF添加時にてSCS-I構造のセミクラスレートハイドレートが形成されると考えられる. 新規速度論モデルによる解析を行った結果, 吸着速度はガス吸着可能なサイトの数密度が減少するほど増大するが, 拡散速度はその数密度が増大するほど増大することを明らかにした.膜状ハイドレートの貯蔵特性に関して, 平衡吸着量および拡散係数を用いて透過性を推算し評価を行った. 温度269Kにおいて, HS-I構造のTBABセミクラスレートハイドレートは水素貯蔵量および透過性ともに優れていることを示唆した. しかしながら, H_2/CO_2選択率は10程度と低い値が推算された, 一方, SCS-I構造のTBAFセミクラスレートハイドレートは, H_2/CO_2選択率は100以上と高く, また, 高い分解温度や水素透過性を有することから, ガス分離および水素貯蔵一体型プロセスに適していることが示唆された.

本研究は, ハイドレート利用の水素貯蔵プロセスの開発を行う上で重要となる, 水素分子の固定化能力と移動促進能力の支配因子を特定し, この双方の観点から貯蔵マテリアルとして最適化する方法論を確立することを目的とする. 24年度の検討に引き続き, tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB)やtetra-n-butyl ammonium chloride (TBAC), tetra-n-butyl ammonium fluoride (TBAF)を用いたセミクラスレートハイドレート粒子への水素の平衡吸着挙動に関する研究を行った. その際, 水素吸着量の経時変化に対して, 新規速度論モデルによる解析を行い, 水素吸着速度および拡散速度の観点から膜状ハイドレートの有用性を評価した. さらに, バイオガス利用の水素精製プロセスでは, 高濃度二酸化炭素を含んだ水素混合ガスとなるため, ガス分離および水素貯蔵一体型の高効率貯蔵プロセスについても検討を行った.平成25年度の検討にて, TBAFセミクラスレートハイドレートの平衡水素吸着量は形成条件により変化することを確認した. 24年度における結果と合わせると, 吸着量の観点から2.6mol% TBAB添加時にHS-I構造, 3.7mol% TBAB, 3.2mol% TBACおよび3.0mol% TBAF添加時にTS-I構造, 3.3mol% TBAF添加時にてSCS-I構造のセミクラスレートハイドレートが形成されると考えられる. 新規速度論モデルによる解析を行った結果, 吸着速度はガス吸着可能なサイトの数密度が減少するほど増大するが, 拡散速度はその数密度が増大するほど増大することを明らかにした.膜状ハイドレートの貯蔵特性に関して, 平衡吸着量および拡散係数を用いて透過性を推算し評価を行った. 温度269Kにおいて, HS-I構造のTBABセミクラスレートハイドレートは水素貯蔵量および透過性ともに優れていることを示唆した. しかしながら, H_2/CO_2選択率は10程度と低い値が推算された, 一方, SCS-I構造のTBAFセミクラスレートハイドレートは, H_2/CO_2選択率は100以上と高く, また, 高い分解温度や水素透過性を有することから, ガス分離および水素貯蔵一体型プロセスに適していることが示唆された.