JP7417224B2 - 水素の製造方法、一酸化炭素の製造方法および反応媒体 - Google Patents
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Description
現状、CO2フリー水素を最も低コストで製造する方法は、CO2フリー電力(再生可能エネルギー由来電力)を使用した水電解法であるが、二段階熱化学水素製造方法は、より低コストで水素を製造できる方法として有望な技術の一つである。この製造方法は、二段階の酸化還元反応で水を分解して水素と酸素を生成する技術である。下記に各段階の反応モデルを示す。
[酸化反応2]MO(X-n)+nH2O → MOX+nH2 (反応温度700~1300℃:発熱反応)
ペロブスカイト相を主とする相転移を図1を参照して説明する。
[還元反応1]LaNiO3 → 0.5La2NiO4+0.5NiO+0.25O2
[酸化反応2]0.5La2NiO4+0.5NiO+0.5H2O → LaNiO3+0.5H2
図2は、本実施の形態に係る水素の製造方法で生成した水素の発生量を測定する装置100の模式図である。流入口10から流入した窒素ガスを、純水PWを満たした試験管12に導入し、装置100内の経路をパージする。試験管12は95℃のオイルバス14で一定の温度に保たれる。なお、オイルバス14内の熱媒体は、スターラー16で常に撹拌されている。
上述の実施の形態では、反応媒体を水素の製造に用いているが、一酸化炭素の製造に用いることもできる。図3は、本実施の形態の変形例に係る一酸化炭素の製造方法で生成した一酸化炭素の発生量を測定する装置200の模式図である。流入口10から流入した二酸化炭素は、赤外線イメージ炉20内の反応媒体18が酸化される際に一酸化炭素になる。赤外線イメージ炉20で未反応な二酸化炭素、および、赤外線イメージ炉20で生成した一酸化炭素を含む混合ガスは、一部がキャピラリー28から質量分析器30に導入され、一酸化炭素の生成量が測定される。なお、導入する二酸化炭素ガスの純度は99.995%、ガスの流速は100[mL/min]、二酸化炭素の分解温度は1000~1200℃、反応時間は1hである。
前述のように、本実施の形態に係る反応媒体は、水を水素に分解し、二酸化炭素を一酸化炭素に分解できる。そこで、この特性を利用することで、フィッシャー・トロプシェ合成(2nH2+nCO → -(CH2)n- +nH2O)による炭化水素製造プロセスに必要な原料(水素と一酸化炭素)の製造を同時に行うことができる。
Claims (4)
- ペロブスカイト相と非ペロブスカイト相との間で相転移を生じる化合物を用いた水素の製造方法であって、
ペロブスカイト相の前記化合物が加熱還元されて非ペロブスカイト相に相転移する際に酸素を放出する第1の工程と、
非ペロブスカイト相の前記化合物が酸化されてペロブスカイト相に相転移する際に水素を生成する第2の工程と、
を含み、
前記非ペロブスカイト相は、RP(Ruddlesden-Popper)相であり、
前記化合物は、一般式A x B 1-x P y Q 1-y O 3-δ (AはLaであり、xは0≦x≦0.3を満たし、BはSrであり、PはCoおよびNiの少なくとも一方の元素であり、QはPを置換しうる元素であり、yは0.3≦y≦1.0を満たす。)で表される水素の製造方法。 - 前記第1の工程が実施される温度T1は、1000~1500℃の範囲であり、
前記第2の工程が実施される温度T2(ただしT2≦T1)は、700~1300℃の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の水素の製造方法。 - ペロブスカイト相と非ペロブスカイト相との間で相転移を生じる化合物を用いた一酸化炭素の製造方法であって、
ペロブスカイト相の前記化合物が加熱還元されて非ペロブスカイト相に相転移する際に酸素を放出する第1の工程と、
非ペロブスカイト相の前記化合物が酸化されてペロブスカイト相に相転移する際に一酸化炭素を生成する第2の工程と、
を含み、
前記非ペロブスカイト相は、RP(Ruddlesden-Popper)相であり、
前記化合物は、一般式A x B 1-x P y Q 1-y O 3-δ (AはLaであり、xは0≦x≦0.3を満たし、BはSrであり、PはCoおよびNiの少なくとも一方の元素であり、QはPを置換しうる元素であり、yは0.3≦y≦1.0を満たす。)で表される一酸化炭素の製造方法。 - 1000~1500℃の範囲にある温度T1で非ペロブスカイト相であり、700~1300℃の範囲にある温度T2(T2≦T1)でペロブスカイト相である化合物を含む水素または一酸化炭素の生成反応用の反応媒体であって、
前記化合物は、加熱還元されてペロブスカイト相から非ペロブスカイト相に相転移する際に酸素を放出し、酸化されて非ペロブスカイト相からペロブスカイト相に相転移する際に水素を含む物質と反応して水素を生成するか、または酸化されて非ペロブスカイト相からペロブスカイト相に相転移する際に酸素と炭素を含む物質と反応して一酸化炭素を生成し、
前記非ペロブスカイト相は、RP(Ruddlesden-Popper)相であり、
前記化合物は、一般式A x B 1-x P y Q 1-y O 3-δ (AはLaであり、xは0≦x≦0.3を満たし、BはSrであり、PはCoおよびNiの少なくとも一方の元素であり、QはPを置換しうる元素であり、yは0.3≦y≦1.0を満たす。)で表されることを特徴とする水素または一酸化炭素の生成反応用の反応媒体。
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Mahesh M. NAIR et al.,"Experimental screening of perovskite oxides as efficient redox materials for solar thermochemical CO2 conversion",Sustainable Energy & Fuels,2018年,Vol. 2, No. 4,p.843-854,DOI: 10.1039/c7se00516d |
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