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。

为了到2050年实现钢铁行业二氧化碳零排放，回收技术和氢气炼钢方法必不可少，需要高效的回收方法和有效利用氢气。在这项研究中，我们关注消耗很少电力的H2氧化还原反应（电化学氢泵：EHP），并利用电化学透析进行节能的CO2回收。该方案不仅可以回收CO2，还可以提纯H2功能，这是EHP的原创应用。此外，通过将使用光学3D打印机改进的聚合物电解质燃料电池引入透析方法，这是一种独特的多功能收集方法，未来具有与燃料电池发电相结合的二氧化碳回收的可能性。这一结果预计将应用于钢厂、发电厂等采用化学吸附方法的回收塔，并且还将对集装箱船和工厂内氢气回收的应用产生影响。因此，今年，为了演示分离，我们使用3D打印机改进聚合物电解质燃料电池并研究氢泵浦反应。他们在内部创造了两种电解质（缓冲溶液和回收溶液）流动的空间，并用绝缘体固定了离子交换膜。因此，使用立体光刻 3D 打印机制作了由耐化学树脂制成的垫片。接下来，使用吸收二氧化碳的溶液作为电解质将高纯度氢气引入到电池中。结果，即使在低电池电压下也检测到两个电极之间的电流值，证实发生了氢泵送反应。我们还研究了电解电流与CO2生成量之间的关系，发现气体生成量随着电流值的增加而按比例增加。