Electrochemical oxidation for hydrogen production and energy recovery from plastics

プラスチックなどの含水素化合物は焼却処理では熱エネルギーに変換されるだけであるが、電気分解を行えば含まれる水素を取り出せる可能性がある。そこで本研究課題ではプラスチックの直接電解により、低環境負荷かつ低コストな水素生成や燃料電池反応に用いることを目的とし、電極反応や電気化学的酸化反応の解明を目指すものである。今年度は、プラスチック燃料の供給方法の検討を行った。PET、ポリウレタン、ナイロン、ビニロン、セロハン等、身近にあるプラスチックに着目し、これらを燃料流動式の電気化学セルに供給するために溶媒への溶解度を調べた。特にポリウレタンの溶解度が最も高く、室温のリン酸水溶液に溶解した。PETは溶解度が低いため、流動式に適用するには困難であることが示唆された。さらに、中性・アルカリ性の溶媒の検討も行ったが、十分な溶解度が得られないこと、二酸化炭素により塩基性が変化すること、有機溶媒は高温で揮発することなどから、本研究課題で用いるには適当でないとの判断に至った。一方で、その他のプラスチック類も溶解温度を上げることにより、全量もしくは一部が高温リン酸に溶解したことから、電気化学セルへの供給が可能であることが分かった。溶媒に難溶のプラスチック類は、バッチ法やペレット供給法などを採用することにより、固体状態でも供給可能なセル設計を行う必要があることが分かった。この場合、電解反応・燃料電池反応を高温で行うことも検討できることから、電極反応の促進、燃料利用率の向上、材料選択可能性の拡大につながる。

プラスチックなどの含水素化合物は焼却処理では熱エネルギーに変換されるだけであるが、電気分解を行えば含まれる水素を取り出せる可能性がある。そこで本研究課題ではプラスチックの直接電解により、低環境負荷かつ低コストな水素生成や燃料電池反応に用いることを目的とし、電極反応や電気化学的酸化反応の解明を目指すものである。今年度は、プラスチック燃料の供給方法の検討を行った。PET、ポリウレタン、ナイロン、ビニロン、セロハン等、身近にあるプラスチックに着目し、これらを燃料流動式の電気化学セルに供給するために溶媒への溶解度を調べた。特にポリウレタンの溶解度が最も高く、室温のリン酸水溶液に溶解した。PETは溶解度が低いため、流動式に適用するには困難であることが示唆された。さらに、中性・アルカリ性の溶媒の検討も行ったが、十分な溶解度が得られないこと、二酸化炭素により塩基性が変化すること、有機溶媒は高温で揮発することなどから、本研究課題で用いるには適当でないとの判断に至った。一方で、その他のプラスチック類も溶解温度を上げることにより、全量もしくは一部が高温リン酸に溶解したことから、電気化学セルへの供給が可能であることが分かった。溶媒に難溶のプラスチック類は、バッチ法やペレット供給法などを採用することにより、固体状態でも供給可能なセル設計を行う必要があることが分かった。この場合、電解反応・燃料電池反応を高温で行うことも検討できることから、電極反応の促進、燃料利用率の向上、材料選択可能性の拡大につながる。