in-situトランジェント法によるバイオマスからの水素製造プロセスの解明

石油や石炭などの化石燃料の使用に代わるエネルギー源として廃木材などのバイオマスを利用する試みがなされている。バイオマスの利用は、直接燃焼して熱エネルギーを取得することもできるが、触媒を使い、スチームと一緒に反応させ、水素やCO, 小分子量の炭化水素に変換する試みがなされている。しかし、この方法は700℃以上の高温が必要とされている。この研究では、より低温で反応を進めることができる触媒の開発と、その反応メカニズムを明らかにすることを目的としている。今回の研究では、ニッケル（Ni）にマンガン（Mn）を10％加えた触媒をSBA-15というメソポーラスシリカに担持したものを準備し、過渡応答法（トランジェント法）を使って、炭化水素とスチームを交互に触媒に導入し、その生成物を質量分析計と赤外分光計で測定し、反応機構を調べた。炭化水素は、バイオマスから熱分解して出てくると想定されるシクロヘキサンを使用した。この実験は500℃で行った。触媒上にシクロヘキサンを導入すると、急速に熱分解し、表面に炭素と炭化水素の重合物が析出したが、最初にスチームを導入し、次にシクロヘキサンを導入すると、急速な炭素と炭化水素の析出は抑制された。特にMnを加えた触媒では、ほとんどシクロヘキサンが反応しなかった。このことから、MnをNiに導入するとスチームと触媒表面の結合が強くなることがわかった。スチームリフォーミング反応はNiの表面で進むことが知られており、私たちの研究でも100％Mnでは反応は進まないことを確認している。しかし、Niをわずかでも加えると、反応が進行する。このことから、Mnの添加で、Ni表面のスチームの吸着力が変化し、たとえ炭素が吸着したとしてもスチームをより強力に引き寄せ、炭化水素とスチームの反応を効率よく進行させていると推測した。

石油や石炭などの化石燃料の使用に代わるエネルギー源として廃木材などのバイオマスを利用する試みがなされている。バイオマスの利用は、直接燃焼して熱エネルギーを取得することもできるが、触媒を使い、スチームと一緒に反応させ、水素やCO, 小分子量の炭化水素に変換する試みがなされている。しかし、この方法は700℃以上の高温が必要とされている。この研究では、より低温で反応を進めることができる触媒の開発と、その反応メカニズムを明らかにすることを目的としている。今回の研究では、ニッケル（Ni）にマンガン（Mn）を10％加えた触媒をSBA-15というメソポーラスシリカに担持したものを準備し、過渡応答法（トランジェント法）を使って、炭化水素とスチームを交互に触媒に導入し、その生成物を質量分析計と赤外分光計で測定し、反応機構を調べた。炭化水素は、バイオマスから熱分解して出てくると想定されるシクロヘキサンを使用した。この実験は500℃で行った。触媒上にシクロヘキサンを導入すると、急速に熱分解し、表面に炭素と炭化水素の重合物が析出したが、最初にスチームを導入し、次にシクロヘキサンを導入すると、急速な炭素と炭化水素の析出は抑制された。特にMnを加えた触媒では、ほとんどシクロヘキサンが反応しなかった。このことから、MnをNiに導入するとスチームと触媒表面の結合が強くなることがわかった。スチームリフォーミング反応はNiの表面で進むことが知られており、私たちの研究でも100％Mnでは反応は進まないことを確認している。しかし、Niをわずかでも加えると、反応が進行する。このことから、Mnの添加で、Ni表面のスチームの吸着力が変化し、たとえ炭素が吸着したとしてもスチームをより強力に引き寄せ、炭化水素とスチームの反応を効率よく進行させていると推測した。