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産総研、二酸化炭素を利用した水素貯蔵技術を開発

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産業技術総合研究所は、アメリカ合衆国 ブルックヘブン国立研究所(BNL)と共同で、二酸化炭素(CO2)を利用した水素貯蔵技術を開発したと発表した。今回開発した技術は、CO2とギ酸(HCO2H)の相互変換反応のエネルギー効率を大幅に向上できる触媒技術で、将来のCO2を利用した大規模な水素貯蔵システムの開発が期待できるという。

産総研では、CO2の水素化による水素貯蔵(ギ酸の生成)と、ギ酸の分解による水素の製造の研究に取り組んできた。今回、両者は、CO2と水素からギ酸、ギ酸からCO2と水素への変換をpHで制御できる触媒を開発した。本触媒により、常温常圧の水中で、水素ガスをCO2と反応させて、ギ酸に変換するとともに、また、ギ酸を分解して固体高分子形燃料電池などに適した一酸化炭素(CO)を含まない高圧水素として供給することを可能とした。

クリーンなエネルギー媒体である水素を基盤とする水素エネルギー社会の実現に向けて、エネルギー密度の低い水素ガスを安全かつ効率的に貯蔵・運搬する技術が不可欠となっている。CO2を、光合成の暗反応と同じように、還元して水素(エネルギー)を貯蔵できれば、水素社会の実現への貢献とともに、CO2の有効利用につながる。CO2の水素化によって得られるメタノールやギ酸は常温で液体であり、またエネルギー密度が比較的高いため、貯蔵・運搬が容易な水素貯蔵材料として研究開発が行われきた。しかし従来は、1.CO2の変換プロセスは高圧高温条件を必要とするエネルギー多消費プロセスであること、2.逆反応プロセスで再生される水素を燃料電池などへ利用するには、燃料電池の電極の劣化原因となる一酸化炭素を10ppm以下に保つ必要があること、3.放出された水素を燃料電池などへ供給するには加圧する必要があることといった課題があり、水素の貯蔵と放出における変換反応のエネルギー効率を大幅に改善させる高性能触媒の開発が望まれていた。

なお、本研究開発は経済産業省「日米エネルギー環境技術研究・標準化協力事業(日米クリーン・エネルギー技術協力)」による支援を受けて行われた。

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