溶融イオン循環型カーボンフリー水素合成法の開発

熔融离子循环无碳制氢方法的开发

• 批准号: 22K04823
• 负责人: 原田 琢也
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04823/
• 关键词: 水素合成; カーボンフリー; メタン水蒸気改質; CO2吸収剤; 溶融イオン; 固液セパレーター; 多孔質ナノポーラス

本研究では、次世代の低コスト・高効率カーボンフリー水素合成技術の確立を目標に、近年我々が世界に先駆けて新たに見出した高温・液体型の新しいタイプの溶融イオン型CO2吸収剤を用い、“連続CO2吸収強化型メタン水蒸気改質法”の技術開発を行う。この新しい水素合成プロセスでは、高温・高湿のメタン水蒸気改質反応条件下において、その副生成物として生成されるCO2を選択的に改質器から取り除くことが可能な新しいCO2吸収剤を開発し、さらにその連続循環を可能とする固液分離セパレータの開発を行うことが重要な技術課題となる。そしてその上で、これらを用いた新しい改質反応器を設計し、その反応挙動の詳細な動的ダイナミックス解析を行うことで、さらなるスケールアップ、高効率化へ向けた反応条件の最適化を進める。本研究の第一段階となる本年度は、特にその反応材料の選定とその評価システムのセットアップを中心に研究を遂行した。この中で、まずメタン水蒸気改質が進む高温条件下での、溶融イオン酸化物型CO2吸収剤のCO2吸脱着特性、イオン伝導特性、さらには動的レオロジー特性の解析を実施するための分析システムを新たに研究室に構築し、その材料物性の測定評価を進めた。またさらに、高温条件下で動作可能な固液分離セパレータに対する候補部材として、高い熱安定性とガス透過性を有した新たな金属酸化物ポーラス膜を試作し、その膜分離特性について基礎的解析を行った。今後さらに、これらの材料構成の最適化およびその特性解析を進めることで、本反応システムの構築に最も好適な条件を特定し、最終目的である新しい連続CO2吸収強化型メタン水蒸気改質器の設計と評価を進めていく。

在这项研究中，我们将使用我们最近在世界上首次发现的新型高温液态熔融离子型二氧化碳吸收剂，目标是建立下一代低成本、高效无碳制氢技术，将开发“连续CO2吸收强化甲烷蒸汽重整法”技术。在这种新的氢合成工艺中，我们开发了一种新型二氧化碳吸收剂，可以在高温高湿的甲烷蒸汽重整反应条件下选择性地去除重整器中产生的副产品二氧化碳。此外，我们还开发了一种能够连续循环的固液分离器。是一个重要的技术问题。然后，通过利用这些设计新的重整反应器并对其反应行为进行详细的动态动力学分析，我们将优化反应条件，以进一步扩大规模并提高效率。今年是这项研究的第一阶段，我们的重点是选择反应材料和建立评价体系。其中，我们首先开发了一种分析系统，用于分析熔融离子氧化物型CO2吸收剂在甲烷蒸汽重整进行的高温条件下的CO2吸附/解吸特性、离子传导特性和动态流变特性，并建造了一个新的实验室。其中我们对材料的物理性能进行了测量和评估。此外，我们还原型设计了一种具有高热稳定性和透气性的新型金属氧化物多孔膜，作为可在高温条件下运行的固液分离器的候选材料，并对其膜分离特性进行了基本分析。未来，通过进一步优化这些材料成分并分析其性能，我们将确定构建该反应系统的最合适条件，并旨在设计一种新型连续CO2吸收强化甲烷蒸汽重整器，并进行评估。