JPWO2005005041A1 - 水素ガス吸着材およびこの吸着材を用いた水素ガスの貯蔵方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技術背景
そのため、安価なセルロース系の材料(例えば、木綿)を焼成炭化してなる吸着材を水素ガスの吸着材として利用することが考えられる。(例えば、特許文献1および特許文献2参照)
そこで、本発明は、水素ガスの吸脱着を低コストで効率的に行うことを課題とし、この課題を解決する水素ガス吸着材および水素ガスの貯蔵方法の提供を目的とする。
その技術的手段は、木綿を炭化焼成してなる水素ガス吸着材であって、水素ガスを効率的に吸着できる孔径とする細孔が形成されている水素ガス吸着材としたことである。(請求項1)
本発明でいう木綿は、綿状、糸状、シート状、織物、不織布、脱脂綿、フェルト成形品、落ち綿等、いずれのものも使用できる。
また、吸着材の量と水素ガスの吸着量は比例するため、吸着材は水素ガス貯蔵容器により多く充填することが好適である。
これを達成するために、吸着材を粒状、粉状、ペレット状、シート状、フェルト状等に加工したり、水素ガス貯蔵容器の形状に適合するように成型したりすることが好適である。
前記水素ガス分子径の約2倍とは、0.5nm〜0.7nmであり(請求項5)、水素ガス分子径の2倍とは、0.58nmである(請求項6)。
なお、前記焼成温度が800℃未満及び1200℃を超すものである場合、前記の孔径とする細孔及び隙間が得られなかった。
この方法では、加圧によって水素ガスを吸着させて貯蔵し、減圧によって水素ガスを脱着させて取り出す。
また、この方法では、周知の水素ガス貯蔵容器に水素ガス吸着材を充填することができ、水素ガスの取り出し量は、前記水素ガス貯蔵容器に備えられている圧力バルブの開度によって調節ができる。
そして、請求項8の貯蔵方法によれば、前記した効果を有する水素ガス吸着材を周知の水素ガス貯蔵容器に充填することで達成できるものであるので、安価に効率的な水素ガスの貯蔵ができる。
また、本発明における水素ガスの貯蔵方法を実施するための最良の形態は、周知の水素ガス貯蔵容器内に、これに適合する形状に成型した水素ガス吸着材を充填する。(図示せず)
このようにした水素ガス貯蔵容器に圧力を加えながら水素ガスを充填することによって、水素ガス吸着材が水素ガスを吸着して貯蔵し、水素ガス貯蔵容器に備えられている圧力バルブの操作で減圧することによって、水素ガスを脱着して取り出す。(図示せず)
本発明は多種多様の技術に実施できるが、例えば、水素ガスを燃料とする自動車に実施すれば、その走行距離を延ばすことができるのできわめて効果的である。
本実施例では、まず、水素ガス吸着材、ACF、CNTにおける細孔の比表面積を測定した。
測定は窒素吸着によって行い、αS解析法によって算出した結果〔表1〕に示すように、水素ガス吸着材の細孔数は、ACF以下、CNF以上であった。
測定は容量法で行い、その結果〔表2〕に示すように、水素ガス吸着材の吸着量は、ACFおよびCNFを上回った。
なお、試料は、前処理として、24時間、120℃の温度下に置いて脱気をし、水素ガスは純度99.99999%以上の高純度水素ガスとして不純物による影響を防いだ。
ちなみに、本発明の水素ガス吸着材の8MPaにおける水素ガス吸着量は、0.49wt%であり、この結果と表2の結果は、より高圧下であるほど多くの水素ガスを貯蔵できることを示している。
また、減圧による水素ガスの排出を測定した結果、本発明の水素ガス吸着材、ACF、CNF共に、加圧による吸着量の増加率とほぼ一致した減少率を示したことから、この結果は、この吸着が物理的な吸着であり、加圧によって貯蔵した水素ガスを減圧によって排出できることを示している。
そして、本発明の水素ガス吸着材は、細孔の比表面積がACFよりも小さいが、水素ガスの吸着量がACFよりも多い結果となっており、すなわちこの結果は、水素ガスの吸着に最適な孔径である0.58nmの細孔が多く形成されており、しかも、セルロース繊維間の隙間において水素ガス分子を吸着していることを示している。
したがって、本実施例で例示した水素ガス吸着材および水素ガス貯蔵方法は、水素ガスの吸脱着を低コストで効率的に行うことができる。
この方法では、水素ガスの吸着能の理想とする条件を「10MPa下にて1.2wt%の水素ガスを吸着するもの」と設定し、この水素ガス吸着材を一般的な乗用車に積める限界の容量のタンク(157l)に入れ、これに水素ガスを70MPaの圧力で限界まで貯蔵した。
このとき、タンクには9kgの水素ガスが貯蔵されたことが測定された。
なお、現在実用化されている水素ガスの貯蔵方法である中空の高圧タンクに水素ガスを圧縮して貯蔵する圧縮方式での水素ガス貯蔵量が、7MPaの圧力であるときに6kgであった。
前記走行距離は、一般的な乗用車に積める限界の容量のタンク(157l)に35MPaの圧力で水素ガスを限界まで貯蔵した場合のものである。(水素ガス貯蔵量約)また、70MPaの圧力として水素ガス貯蔵量を前記6kgとした場合には、前記実走行距離が約400kmとなった。
そうすると、前記燃料自動車のタンクに水素ガス吸着材を入れて9kgの水素ガスを貯蔵した場合には、実走行距離の大幅な延長が見込まれ、実際に測定したところ、実走行距離が約600kmとなった。
前記したように、本発明における水素ガス吸着材の細孔の比表面積よりも、ACFの細孔の比表面積が上回るものの、同条件による水素ガス吸着能は、水素ガス吸着材が上回っていて、ACFの水素ガス吸着能を本発明における水素ガス吸着材の吸着能のレベルまでにするには、ACF自体の表面積を増やすことが必要となる。
そこで、本発明の水素ガス吸着材とACFの吸着能を同等に設定した場合の両者の表面積を比較した。
吸着能の設定は、10MPa下において0.6wt%の水素ガスを吸着できる吸着能を有するものとした。
その結果、前記した吸着能を有するACFの表面積が2200m2であったのに対して、本発明の水素ガス吸着材の表面積は、1200m2であった。
さらに、両者の体積密度を比較すると、AFCの体積密度が0.5g/ccであったのに対して、本発明の水素ガス吸着材の体積密度は、1.5g/ccであった。
また、ACFは、硬質のものであるのに対して、本発明の水素ガス吸着材は、その素材が木綿であることから軟質性を有する吸着材である。
すなわち、本発明の水素ガス吸着材は、その自身の軟質性により変形自在であって、タンクに入れる際にタンクの内部形状に適合させることができるので、より効率的にタンク内に入れることができる。
逆に云えば、前記した一般的な乗用車に積める限界の容量のタンク(157l)よりも容量が少ないタンクを使用しても、必要な実走行距離を確保することができる。
Claims (8)
- 木綿を炭化焼成してなる水素ガス吸着材であって、水素ガスを効率的に吸着できる孔径とする細孔が形成されていることを特徴とする水素ガス吸着材。
- 前記吸着材における繊維間に水素ガスを効率的に吸着できる間隔の隙間が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の水素ガス吸着材。
- 請求項1に記載の孔径及び請求項2に記載の隙間の大きさが、水素ガス分子径の約2倍であることを特徴とする水素ガス吸着材。
- 前記孔径及び前記隙間の大きさが、水素ガス分子径の2倍であることを特徴とする請求項3に記載の水素ガス吸着材。
- 請求項1に記載の孔径及び請求項2に記載の隙間の大きさが、0.5nm〜0.7nmであることを特徴とする水素ガス吸着材。
- 前記孔径及び隙間の大きさが、0.58nmであることを特徴とする請求項5に記載の水素ガス吸着材。
- 木綿を真空下、または不活性ガス雰囲気下で800℃〜1200℃の温度で炭化焼成したものであることを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれか1項に記載の水素ガス吸着材。
- 請求項1ないし請求項7いずれか1項に記載の水素ガス吸着材を用いた水素ガス貯蔵方法であって、水素ガスを圧力スイングによって吸脱着することを特徴とする水素ガスの貯蔵方法。
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