JP2001056099A - 水素貯蔵方法 - Google Patents
水素貯蔵方法Info
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 加圧下での水素ガス貯蔵における貯蔵密度を
向上させることのできる水素貯蔵方法を提供する。 【解決手段】 水素に対して、ＣＯ2、窒素または軽質
炭化水素を混合し、加圧下で容器内に水素を貯蔵する。
上記混合した物質と水素との分子間力により、水素の運
動速度が低下し、容器内の水素の貯蔵密度を向上させる
ことができる。
向上させることのできる水素貯蔵方法を提供する。 【解決手段】 水素に対して、ＣＯ2、窒素または軽質
炭化水素を混合し、加圧下で容器内に水素を貯蔵する。
上記混合した物質と水素との分子間力により、水素の運
動速度が低下し、容器内の水素の貯蔵密度を向上させる
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素貯蔵方法、特
に加圧下での水素貯蔵方法の改良に関する。
に加圧下での水素貯蔵方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素は、往復動内燃機関や燃料電池等の
各種のエネルギ転換器に直接使用されるので、近年圧縮
水素及び液体水素の貯蔵のニーズが高まっている。たと
えば、特公平８−２２７２１号公報には、遷移維金属を
担持させた活性炭に加圧下で水素を吸着させる水素貯蔵
方法が開示されている。これにより、通常の活性炭を使
用した場合に比べ水素の貯蔵密度を向上させることがで
きている。
各種のエネルギ転換器に直接使用されるので、近年圧縮
水素及び液体水素の貯蔵のニーズが高まっている。たと
えば、特公平８−２２７２１号公報には、遷移維金属を
担持させた活性炭に加圧下で水素を吸着させる水素貯蔵
方法が開示されている。これにより、通常の活性炭を使
用した場合に比べ水素の貯蔵密度を向上させることがで
きている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の水
素貯蔵方法では、水素の貯蔵密度が十分に高いとは言え
なかった。これは、水素が非常に軽い分子であって、常
温での運動速度が１０００ｍ／ｓを超えるので、活性炭
等の吸着材の細孔内に吸着させることが極めて困難であ
るためである。
素貯蔵方法では、水素の貯蔵密度が十分に高いとは言え
なかった。これは、水素が非常に軽い分子であって、常
温での運動速度が１０００ｍ／ｓを超えるので、活性炭
等の吸着材の細孔内に吸着させることが極めて困難であ
るためである。
【０００４】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、加圧下での水素ガス貯蔵にお
ける貯蔵密度を向上させることのできる水素貯蔵方法を
提供することにある。
ものであり、その目的は、加圧下での水素ガス貯蔵にお
ける貯蔵密度を向上させることのできる水素貯蔵方法を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、加圧下で容器内に水素を貯蔵する方法で
あって、水素に対して、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素
（Ｎ2）または軽質炭化水素を混合して貯蔵する。
に、本発明は、加圧下で容器内に水素を貯蔵する方法で
あって、水素に対して、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素
（Ｎ2）または軽質炭化水素を混合して貯蔵する。
【０００６】また、上記水素貯蔵方法において、容器内
に多孔質材料を存在させることを特徴とする。
に多孔質材料を存在させることを特徴とする。
【０００７】また、加圧下で容器内に水素を貯蔵する方
法であって、水素と二酸化炭素（ＣＯ2）または軽質炭
化水素とを混合したガスを水に混合攪拌してハイドレー
トとすることを特徴とする。
法であって、水素と二酸化炭素（ＣＯ2）または軽質炭
化水素とを混合したガスを水に混合攪拌してハイドレー
トとすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を説明する。
実施形態という）を説明する。
【０００９】水素分子は、前述のとおり各種分子の中で
最も軽い分子であってその速度が大きいため、分子同士
の分子間力が弱く、２５℃において２０ＭＰａの圧力で
の貯蔵密度はＶ／Ｖ0＝１６０程度にしかならない。
最も軽い分子であってその速度が大きいため、分子同士
の分子間力が弱く、２５℃において２０ＭＰａの圧力で
の貯蔵密度はＶ／Ｖ0＝１６０程度にしかならない。
【００１０】そこで、本発明者らは、この水素の貯蔵密
度を向上させることを検討し、その結果、水素分子と親
和性が高い分子を混合することにより水素の貯蔵密度を
向上できることを見いだした。このような、水素と親和
性の高い分子としては、例えば二酸化炭素（ＣＯ2）、
窒素（Ｎ2）、軽質炭化水素等がある。
度を向上させることを検討し、その結果、水素分子と親
和性が高い分子を混合することにより水素の貯蔵密度を
向上できることを見いだした。このような、水素と親和
性の高い分子としては、例えば二酸化炭素（ＣＯ2）、
窒素（Ｎ2）、軽質炭化水素等がある。
【００１１】図１には、水素にＣＯ2を１０％添加した
場合の、２５℃における貯蔵圧力と貯蔵密度（Ｖ／
Ｖ0）との関係が示される。また図１には、比較例とし
てＣＯ2を混合せずに、単に水素のみ２５℃で容器に貯
蔵した場合の貯蔵密度も示されている。図１からわかる
ように、水素にＣＯ2を混合することにより、貯蔵密度
Ｖ／Ｖ0が、約２０％程度向上していることがわかる。
これは、上述したように、ＣＯ2が水素分子と親和性が
高く、水素とＣＯ2との分子間力により水素の運動速度
が低下し、この結果貯蔵密度が向上するためと考えられ
る。
場合の、２５℃における貯蔵圧力と貯蔵密度（Ｖ／
Ｖ0）との関係が示される。また図１には、比較例とし
てＣＯ2を混合せずに、単に水素のみ２５℃で容器に貯
蔵した場合の貯蔵密度も示されている。図１からわかる
ように、水素にＣＯ2を混合することにより、貯蔵密度
Ｖ／Ｖ0が、約２０％程度向上していることがわかる。
これは、上述したように、ＣＯ2が水素分子と親和性が
高く、水素とＣＯ2との分子間力により水素の運動速度
が低下し、この結果貯蔵密度が向上するためと考えられ
る。
【００１２】また、水素と混合するガスとしてはＣＯ2
のほかに窒素も考えられる。窒素を水素に混合した場合
には、２０ＭＰａの圧力で５％程度貯蔵密度が向上する
ことがわかった。
のほかに窒素も考えられる。窒素を水素に混合した場合
には、２０ＭＰａの圧力で５％程度貯蔵密度が向上する
ことがわかった。
【００１３】このように、ＣＯ2あるいは窒素を混合し
た水素を、例えば燃料電池の燃料として使用する場合
に、上述したＣＯ2、窒素は、燃料電池に対して不活性
なので、これを混合した状態で燃料電池に供給してもな
んら問題は生じない。また、使用後の排ガス中にＣ
Ｏ2、窒素が含まれていても、もともと大気に含まれて
いる成分であるので、そのまま放出してもなんら問題に
はならない。
た水素を、例えば燃料電池の燃料として使用する場合
に、上述したＣＯ2、窒素は、燃料電池に対して不活性
なので、これを混合した状態で燃料電池に供給してもな
んら問題は生じない。また、使用後の排ガス中にＣ
Ｏ2、窒素が含まれていても、もともと大気に含まれて
いる成分であるので、そのまま放出してもなんら問題に
はならない。
【００１４】さらに、一般に燃料電池では、そのアノー
ド側に燃料である水素が供給され、カソード側に空気が
供給されるが、空気中には窒素が８０％の割合で含まれ
ており、アノード側に１００％の水素を供給した場合、
反応後にアノード側の圧力が大きく低下し、他方カソー
ド側には窒素が８０％残っているのでカソード側の圧力
の方が高くなる。このような圧力バランスのずれが生じ
ると、燃料電池のセルの破壊等が生じる場合がある。こ
れに対して、本実施形態のように、水素中にＣＯ2ある
いは窒素を所定割合で混合しておけば、上述のような圧
力バランスのずれが生じにくく、セルの破壊等を防止で
きる。
ド側に燃料である水素が供給され、カソード側に空気が
供給されるが、空気中には窒素が８０％の割合で含まれ
ており、アノード側に１００％の水素を供給した場合、
反応後にアノード側の圧力が大きく低下し、他方カソー
ド側には窒素が８０％残っているのでカソード側の圧力
の方が高くなる。このような圧力バランスのずれが生じ
ると、燃料電池のセルの破壊等が生じる場合がある。こ
れに対して、本実施形態のように、水素中にＣＯ2ある
いは窒素を所定割合で混合しておけば、上述のような圧
力バランスのずれが生じにくく、セルの破壊等を防止で
きる。
【００１５】次に、ＣＯ2は１気圧の圧力で−７０℃程
度まで冷却すると固化するほど分子間力が強い。このた
め、常温でＣＯ2を水素に混合するよりも、固化する直
前である−７０℃程度の温度までＣＯ2を冷却し、ここ
に水素を吹き込めば、水素を更に大量に貯蔵することが
できる。
度まで冷却すると固化するほど分子間力が強い。このた
め、常温でＣＯ2を水素に混合するよりも、固化する直
前である−７０℃程度の温度までＣＯ2を冷却し、ここ
に水素を吹き込めば、水素を更に大量に貯蔵することが
できる。
【００１６】図２には、ＣＯ2の割合を１０％にした場
合の、−７０℃における貯蔵圧力と貯蔵密度との関係が
示される。図２に示されるように、常温で水素とＣＯ2
とを混合した図１の場合に比べ、大幅に水素の貯蔵密度
Ｖ／Ｖ0が向上されていることがわかる。なお、図２は
−７０℃の温度の場合であるので、水素だけを貯蔵した
比較例の値も図１の場合より大きくなっている。
合の、−７０℃における貯蔵圧力と貯蔵密度との関係が
示される。図２に示されるように、常温で水素とＣＯ2
とを混合した図１の場合に比べ、大幅に水素の貯蔵密度
Ｖ／Ｖ0が向上されていることがわかる。なお、図２は
−７０℃の温度の場合であるので、水素だけを貯蔵した
比較例の値も図１の場合より大きくなっている。
【００１７】また、窒素を液化するには−１９０℃程度
まで冷却する必要があるが、液化窒素を水素に混合した
場合には、水素だけを容器に貯蔵した場合よりも１０％
程度貯蔵密度が向上することが確認できた。
まで冷却する必要があるが、液化窒素を水素に混合した
場合には、水素だけを容器に貯蔵した場合よりも１０％
程度貯蔵密度が向上することが確認できた。
【００１８】以上に述べた、加圧下で容器内にＣＯ2あ
るいは窒素と水素とを混合しつつ貯蔵する方法におい
て、容器内にあらかじめ活性炭等の多孔質材料を存在さ
せると、更に貯蔵密度が向上することが確認できた。
るいは窒素と水素とを混合しつつ貯蔵する方法におい
て、容器内にあらかじめ活性炭等の多孔質材料を存在さ
せると、更に貯蔵密度が向上することが確認できた。
【００１９】前述したとおり、水素だけでは、活性炭等
の多孔質材料に吸着させることは極めて困難である。し
かし、ＣＯ2あるいは窒素が存在すると、それらと水素
との分子間力により水素の運動速度が低下し、その結果
多孔質材料の細孔内に水素を吸着させることが容易とな
る。
の多孔質材料に吸着させることは極めて困難である。し
かし、ＣＯ2あるいは窒素が存在すると、それらと水素
との分子間力により水素の運動速度が低下し、その結果
多孔質材料の細孔内に水素を吸着させることが容易とな
る。
【００２０】例えば、ＣＯ2を１０％添加した場合、２
５℃の温度で３．５ＭＰａの圧力とすると貯蔵密度Ｖ／
Ｖ0＝８０となった。また、圧力を２０ＭＰａまで増加
させると、貯蔵密度Ｖ／Ｖ0＝２２０となった。水素の
みで貯蔵した場合には２５℃、２０ＭＰａでＶ／Ｖ0＝
１６０であったので、あきらかに貯蔵密度が増加してい
ることがわかる。
５℃の温度で３．５ＭＰａの圧力とすると貯蔵密度Ｖ／
Ｖ0＝８０となった。また、圧力を２０ＭＰａまで増加
させると、貯蔵密度Ｖ／Ｖ0＝２２０となった。水素の
みで貯蔵した場合には２５℃、２０ＭＰａでＶ／Ｖ0＝
１６０であったので、あきらかに貯蔵密度が増加してい
ることがわかる。
【００２１】また、上記貯蔵方法を−７０℃で行った場
合、３．５ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２００であり、２
０ＭＰａの場合にＶ／Ｖ0＝４５０まで貯蔵密度が上昇
した。
合、３．５ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２００であり、２
０ＭＰａの場合にＶ／Ｖ0＝４５０まで貯蔵密度が上昇
した。
【００２２】また、窒素を１０％添加した場合には、２
５℃の温度の場合、３．５ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝７
０、２０ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２０８となった。し
たがって、窒素を使用した場合にも貯蔵密度の向上効果
が認められた。
５℃の温度の場合、３．５ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝７
０、２０ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２０８となった。し
たがって、窒素を使用した場合にも貯蔵密度の向上効果
が認められた。
【００２３】上記多孔質材料としては、通常の活性炭の
ほかに、活性炭に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等
の遷移金属を担持又はコートしたものも好適である。こ
れらの金属は、水素分子を原子状水素に分離し、原子状
の水素が繊維金属表面から活性炭の炭素表面に移動し
て、活性炭表面あるいは細孔内に原子状の水素が並ぶた
め（スピルオーバー効果）、水素の貯蔵密度を向上させ
ることができると考えられる。
ほかに、活性炭に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等
の遷移金属を担持又はコートしたものも好適である。こ
れらの金属は、水素分子を原子状水素に分離し、原子状
の水素が繊維金属表面から活性炭の炭素表面に移動し
て、活性炭表面あるいは細孔内に原子状の水素が並ぶた
め（スピルオーバー効果）、水素の貯蔵密度を向上させ
ることができると考えられる。
【００２４】このような白金あるいはパラジウム等を担
持あるいはコートした活性炭を容器内に存在させた場
合、ＣＯ2を１０％添加し、２５℃の温度で３．５ＭＰ
ａの圧力の場合にＶ／Ｖ0＝１１０であり、２０ＭＰａ
の圧力の場合Ｖ／Ｖ0＝２６０となった。
持あるいはコートした活性炭を容器内に存在させた場
合、ＣＯ2を１０％添加し、２５℃の温度で３．５ＭＰ
ａの圧力の場合にＶ／Ｖ0＝１１０であり、２０ＭＰａ
の圧力の場合Ｖ／Ｖ0＝２６０となった。
【００２５】さらに、上記貯蔵方法を−７０℃の低温で
行うと、３．５ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２４０、２０
ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝５２０となった。
行うと、３．５ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２４０、２０
ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝５２０となった。
【００２６】さらに、ＣＯ2の代わりに窒素を１０％添
加し、２５℃の温度とした場合には、３．５ＭＰａの圧
力でＶ／Ｖ0＝８０、２０ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２２
０となった。
加し、２５℃の温度とした場合には、３．５ＭＰａの圧
力でＶ／Ｖ0＝８０、２０ＭＰａの圧力でＶ／Ｖ0＝２２
０となった。
【００２７】次に、水にＣＯ2と水素との混合ガスを吹
き込み、これを撹拌してハイドレートとすれば、さらに
水素の貯蔵密度を増加させることができる。この場合、
なんらかのハイドレートができればよいので、混合する
ものとしてはＣＯ2のほかにメタン、エタン、プロパ
ン、ブタン等の軽質炭化水素でもよい。
き込み、これを撹拌してハイドレートとすれば、さらに
水素の貯蔵密度を増加させることができる。この場合、
なんらかのハイドレートができればよいので、混合する
ものとしてはＣＯ2のほかにメタン、エタン、プロパ
ン、ブタン等の軽質炭化水素でもよい。
【００２８】水素６０％とＣＯ2４０％との混合ガス
を、水の入っている圧力容器に内部を撹拌しながら導入
し、５℃の温度でハイドレートを生成させ、容器内から
余剰のガスを排気し、生成したハイドレート量から貯蔵
密度を計算すると、７ＭＰａの圧力で水素の貯蔵密度Ｖ
／Ｖ0＝１５０、ＣＯ2の貯蔵密度Ｖ／Ｖ0＝８０となっ
ていた。
を、水の入っている圧力容器に内部を撹拌しながら導入
し、５℃の温度でハイドレートを生成させ、容器内から
余剰のガスを排気し、生成したハイドレート量から貯蔵
密度を計算すると、７ＭＰａの圧力で水素の貯蔵密度Ｖ
／Ｖ0＝１５０、ＣＯ2の貯蔵密度Ｖ／Ｖ0＝８０となっ
ていた。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水素に対して二酸化炭素、窒素、軽質炭化水素を混合す
るので、水素とこれら混合した物質との分子間力により
水素の貯蔵密度を向上させることができる。
水素に対して二酸化炭素、窒素、軽質炭化水素を混合す
るので、水素とこれら混合した物質との分子間力により
水素の貯蔵密度を向上させることができる。
【００３０】また、容器内に多孔質材料を存在させた場
合に、ＣＯ2が存在するとＣＯ2と水素との分子間力によ
り水素が多孔質材料に吸着されやすくなり、水素単体で
の吸着に比べて貯蔵密度を向上させることができる。
合に、ＣＯ2が存在するとＣＯ2と水素との分子間力によ
り水素が多孔質材料に吸着されやすくなり、水素単体で
の吸着に比べて貯蔵密度を向上させることができる。
【００３１】また、ＣＯ2あるいは軽質炭化水素を水素
と混合し、これを水に導入してハイドレートとすると水
素の貯蔵密度を向上させることができる。
と混合し、これを水に導入してハイドレートとすると水
素の貯蔵密度を向上させることができる。
【図１】 ２５℃においてＣＯ2を１０％混合した場合
の水素の貯蔵圧力と貯蔵密度との関係を示す図である。
の水素の貯蔵圧力と貯蔵密度との関係を示す図である。
【図２】 −７０℃においてＣＯ2を１０％混合した場
合の、水素の貯蔵圧力と貯蔵密度との関係を示す図であ
る。
合の、水素の貯蔵圧力と貯蔵密度との関係を示す図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】 加圧下で容器内に水素を貯蔵する方法で
あって、水素に対して、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素
（Ｎ2）または軽質炭化水素を混合して貯蔵することを
特徴とする水素貯蔵方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の水素貯蔵方法において、
前記容器内に多孔質材料を存在させることを特徴とする
水素貯蔵方法。 - 【請求項３】 加圧下で容器内に水素を貯蔵する方法で
あって、水素と二酸化炭素（ＣＯ2）または軽質炭化水
素とを混合したガスを水に混合攪拌してハイドレートと
することを特徴とする水素貯蔵方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11231487A JP2001056099A (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | 水素貯蔵方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11231487A JP2001056099A (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | 水素貯蔵方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001056099A true JP2001056099A (ja) | 2001-02-27 |
Family
ID=16924271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11231487A Pending JP2001056099A (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | 水素貯蔵方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001056099A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006527833A (ja) * | 2003-06-16 | 2006-12-07 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ カリフォルニア | 流体媒体中への吸収及び／又は混合によるｈ２の貯蔵 |
| JP2009203159A (ja) * | 2002-06-19 | 2009-09-10 | Kurita Water Ind Ltd | 水素包接化合物及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-08-18 JP JP11231487A patent/JP2001056099A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009203159A (ja) * | 2002-06-19 | 2009-09-10 | Kurita Water Ind Ltd | 水素包接化合物及びその製造方法 |
| JP2006527833A (ja) * | 2003-06-16 | 2006-12-07 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ カリフォルニア | 流体媒体中への吸収及び／又は混合によるｈ２の貯蔵 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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