高速プローブ顕微鏡を活用した電気化学透析法による省エネ型CO2回収への展開

使用高速探针显微镜开发电化学透析节能 CO2 回收

基本信息

批准号：
22H01836
负责人：
松島永佳
金额：
$ 9.82万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

鉄鋼業界での2050年CO2排出ゼロに向け、その回収技術や水素製鉄法が不可欠であり、効率的な回収法やH2の有効利用が必要とされる。本研究では、電力消費が極めて少ないH2の酸化還元反応（電気化学水素ポンプ:EHP）に着目し、電気化学透析法による省エネ型CO2回収を行う。本提案はCO2回収だけでなく、本来のEHPの応用例であるH2精製機能も付与できる。さらに光３Dプリンターで改良した固体高分子型燃料電池を透析法に導入することで、将来的に燃料電池発電と融合したCO2回収も視野に入れた、多機能性を有するユニークな回収法である。本成果は、製鉄所や発電所等で導入されている化学吸着法の回収塔への適用が期待され、コンテナ船への応用や工場内でのH2ガスリサイクルにも波及する。そので本年度はその分離実証を行うため、３Dプリンターを使って固体高分子形燃料セルを改良し、水素ポンピング反応を調べた。そこでは、内部に2種類の電解液（緩衝液、回収液）が流れる空間を作り、イオン交換膜を絶縁体で固定する加工を施した。そのため光造形3Dプリンターにより、耐薬品性樹脂によるスペーサーを作製した。次に二酸化炭素を吸収された溶液を電解質に用いて、セルに高純度の水素ガスを導入した。その結果、低いセル電圧でも両電極間に電流値を検出し、水素ポンピング反応が起こることが確かめられた。また電解電流とCO2発生量との関係を調べ、電流値の増加と比例してガス発生量も増加することが分かった。

对于2050年钢铁行业的零二氧化碳排放量，恢复技术和氢钢制造方法至关重要，有效的恢复方法和有效使用H2是必要的。在这项研究中，我们专注于H2的H2的氧化还原反应（电化学氢泵：EHP），该反应消耗了极少的功率，并且使用电化学透析进行了节能CO2恢复。该建议不仅提供二氧化碳恢复，还提供了H2纯化功能，即EHP的应用。此外，通过引入使用光学3D打印机改进的固体聚合物型燃料电池中的透析方法，它是一种独特的多功能恢复方法，它也被认为将来可以收集CO2，并结合了燃料电池发电。预计将使用钢铁工厂和发电厂引入的化学吸附方法将该结果应用于恢复塔，还将扩展到容器船中的应用以及在工厂中H2气体的回收利用。为了证明今年的这种分离，我们使用3D打印机改善了固体聚合物燃料电池，并研究了氢气泵送反应。在那里，为两种类型的电解质（缓冲液和恢复解决方案）创建了一个空间，并用绝缘子固定离子交换膜。因此，使用照片形的3D打印机产生了由耐化学树脂制成的垫片。接下来，将吸收二氧化碳的溶液用作电解质，将高纯氢气引入细胞。结果，可以通过检测到电极之间的电流值，即使在低细胞电压下也可以通过检测电极之间的电流值进行确认。此外，研究了电解电流与产生的二氧化碳量之间的关系，发现产生的气体量随着电流值的增加而成比例地增加。