研究者が水素製造用のセラミック膜反応器を設計 | 南寧ピーコックプライド株式会社

クアーズテック膜科学、オスロ大学、およびスペインのバレンシアにあるキミカ技術研究所の研究者は、水素生産を向上させるセラミック膜反応器技術の開発に協力しました。この技術を使用して、研究者らは水素生成と CO2 回収の両方を 1 つのステップで達成する方法の作成に成功しました。これにより、この方法のエネルギー効率が大幅に向上します。

「現在確立されている方法のエネルギー効率評価は 70% ～ 75% ですが、私たちのアプローチでは 90% の潜在効率があります」とオスロのクアーズテック膜科学社のハラルド・マレロッド・フェルド氏は説明しました。「最終生成物は高純度の圧縮水素です。また、セラミック膜反応器は二酸化炭素をより効率的に分離し、温室効果ガスの輸送と隔離を容易にします。」

5年前、研究チームはエネルギー効率の高い新しいアプローチを使って水素製造の基本原理を実証することに成功したばかりだった。 Science 誌の最近の記事でこの方法が機能することが確認され、チームは現在この技術の規模拡大に取り組んでいます。

「これは水素を燃料としてより実用的なものにするための重要な一歩です」とマレロッド・フェルド氏はコメントした。「このプロセスは二酸化炭素排出量も低いです。」

CoorsTek Membrane Sciences は、エネルギー変換用のセラミック材料の製造を専門とし、SINTEF とともにこのプロジェクトの研究パートナーの 1 つです。

この研究は、クアーズテック膜科学社の敷地と同じ場所にあるオスロの SINTEF の施設と研究室で行われています。 SINTEF の上級研究員である Thijs Peters は、この新しいプロジェクトに関するサイエンス記事の共著者の 1 人です。

「このテクノロジーの興味深い点は、短期的および長期的な関連性があることです」と Peters 氏は付け加えました。「天然ガスからの青色水素の生成だけでなく、『より持続可能な未来』の一環として、バイオガスやアンモニアからの緑色水素の生成にも使用できます。」

天然ガスから水素を製造する技術は水蒸気改質と呼ばれます。天然ガスは主にメタンで構成されており、これが水蒸気と反応すると、メタン分子ごとに4つの水素分子が得られます。この反応を成功させるためには、高温の蒸気を供給する必要があります。

水蒸気改質に関連する大きな問題は、このプロセスがエネルギーを必要とし、複数の段階で行われることです。副産物としてCO2も発生します。一方、新しい技術では、水蒸気改質プロセスを駆動するために外部熱を必要としません。新しいプロセスの鍵は、水素がセラミック膜を通過するときに自動的に熱が発生することです。この方法では、熱は必要な場所で正確に生成されます。

新しい方法で使用される最小の構成要素は、長さ 6 センチメートルのセラミックシリンダーで構成される電気化学燃料電池です。 Science の記事で説明されている拡大された膜反応器のサイズは 4cm x 40cm です。これは、連続した電気回路を形成するように接続された 36 個のセルで構成されています。

セルを接続する材料は、その名前が示すように、ガラスと磁器などのセラミック材料の両方を複合したガラスセラミックで構成されています。次に、この材料は導電性金属粉末と混合されます。

CoorsTek Membrane Sciences によると、この材料の開発がスケールアッププロセスを可能にする鍵となっています。次に、反応膜はガスを高圧下に保つ鋼管内に配置されます。

新しい技術の秘密は、ガス混合物から水素を除去する膜を構成するプロトン伝導性セラミックと呼ばれる材料にあります。

メタン (CH4) に遭遇すると、水素分子は分割され、膜は個々の原子をその構成要素である陽子と電子に分解します。正に帯電したプロトンは膜を透過し、電子は電極上に捕捉され、外部電気回路を介して膜の周りを輸送されます。陽子と電子が膜の反対側で再び結合すると、生成物は純粋な圧縮水素になります。

このプロジェクトにおける SINTEF の役割は、原子炉をテストし、この新しい水素製造コンセプトをより大規模なエネルギーシステムにどのように統合できるかを調査することでした。

「クライアントと緊密に協力して、グリーン移行に関連性の高いテクノロジーを開発することは、非常にやりがいのあることです」と Thijs Peters 氏は説明しました。「非常に多くの異なる分野の人々との緊密な協力関係から、人は多くのことを学びます。」

ハラルド・マレロッド・フェルド氏も非常に満足しています。彼の会社と SINTEF との協力関係は非常に緊密であり、目に見える成果が生み出され、現在では非常に権威ある国際定期刊行物で報告されています。

この技術の開発の次の段階はすでに進行中です。パイロット施設はサウジアラビアのダーランに設立されました。この施設に設置されている発電機は、サイエンス記事で説明されている発電機よりも5倍大きいが、動作することも明らかになった。

「このテクノロジーはさらにスケールアップできると確信しています」と、Harald Malerod-Fjeld 氏は結論付けました。「私たちの希望は、商用水素製造システムの最初の産業導入が今後2～3年以内に行われることです。」

SINTEF は、より大型の膜反応器の開発において CoorsTek Membrane Sciences との協力を継続しており、両組織は材料技術に関連する他のプロジェクトにも取り組んでいます。

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