水素貯蔵物質、最新の技術

石油や石炭天然ガスに変わるエネルギーとしてクリーンで枯渇しないエネルギーの「水素」がいま注目されていますね。

水素の利用の仕方は1つは燃焼ガスとして、2つは燃料電池としての2つに大別されます。
そしてその製造方法や輸送、貯蔵・保管方法がいま世界中で研究開発されています。

水素の製造方法についてはいろいろありますが、以前そのうちの1つに少し触れたので、今回は貯蔵媒体(貯蔵物質)について。

水素の貯蔵方法(運搬媒体)には、
1.超高圧ガスタンクを使う。
2.水素を吸収(吸蔵)する物質を使う
3.水素と化合する有機物を使う
の大きく分けて3つあります。

それぞれの特徴は

1.高圧ガスタンクを使う
 燃料電池車、水素ステーション、水素運搬車などがある。
  充填密度を高めるために70MPa(700気圧)位の超高圧で充填される為
 タンクの耐久性や対圧性が重要であり、また危険で取り扱いにくいという 欠点がある。
2.水素を吸収する物質を使う
 2-1.古くから水素吸蔵合金が研究・開発されてきた。
 2-2.昨年水素貯蔵ポリマーが開発された。
 2-3.3月新規な水素結合物質合成の発表。
3.水素と化合する物質を使う
 有機ハイドライド法と呼ばれ、ベンゼンやトルエン、ナフタリン等の分子中のC=Cの不飽和結合部分に水素を結合させることで分子内に水素を貯蔵する。
但し水素の取り出しには特殊な設備が必要で燃料電池車向けには出来ない。しかし産出場所からや施設間の大量運搬には最適な方法。
尚今回は上記1,2,3の内特に2.について紹介します。
(1は省略、3は下記)

2-1.水素吸蔵合金

水素吸蔵(貯蔵)合金とは、大量の水素を可逆的に吸収および放出できる独特の性質を持った金属材料をいう。

特にマグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、バナジウム(Mg)、ランタン(La)等の元素は、水素と化合して水素化物となる。これらの金属と他の例えばニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)等とある配合比(組成)で混ぜて合金にすると、圧力や温度を利用して比較的簡単に水素を吸蔵し、また可逆的に水素を放出することができるものが出来る。

水素吸蔵合金は1960年代にマグネシウム-ニッケル系合金が発見されてから各種の合金で特性の向上が図られて来た。

現在まで研究されてきた各種の水素吸蔵合金は、金属元素組成と結晶構造で5種類に分類されている。(詳しくはここから)
この中では水素吸蔵能力の高さと運用条件の面で、ABおよびAB型合金の2つのグループが最も優れている。

吸蔵合金の一般的な利点と欠点は以下の通り。
<利点>
・水素を取り出し易い。
・貯蔵容量が大きい
・吸蔵物の運搬や運用も容易
<欠点>
・水素による脆化が大きく合金の耐久性が低い。
・製造コストが高い

吸蔵合金方式は水素による脆化の問題が解決されれば飛躍的な発展が期待される。

2-2.水素貯蔵プラスチック

昨年9月、早稲田大学の西出教授、小柳津教授らは「水素運搬プラスチック」を開発したと発表した。ケトンポリマーを常温で水に浸しマイナス1.5ボルトの電圧を掛けると水から水素イオンが取り込まれ水素が固定されたアルコールポリマーが生成されることを発見した。こうして水素がケトンポリマーに固定される。
更にこのアルコールポリマーは80度に加温すると、固定した水素ガスを放出することも分かった。さらに水素の固定と放出のサイクルは温和な条件下で簡易に行え、その繰り返しも可能であることを確認された。

軽量かつ加工も容易で、水素をためた状態でも手で触れられる特徴があり
身近な場所(家庭内)での水素貯蔵を可能にする新材料として期待出来る。

詳しくはこちらをご参照。

2-3.新規水素結合物質の誕生

東北大学の高木准教授と折茂教授らの研究グループは、「1 つの金属原子に 9 つもの水素が結合した 新たな物質群」の合成に成功した。

金属の中には2-1で例示したように水素と容易に結合出来る金属がある一方、単独では水素と結合しにくい元素群(=ハイドライド・ギャップ)が存在する。しかしこれらの元素も錯体水素化物とすることで多くの水素と結合することができる。
ただし、クロム(Cr)とその仲間であるモリブデン(Mo)、タングステン(W)、及びニオブ(Nb)、タンタル(Ta)は水素との結合はできなかったが昨年クロムと水素(7個)との結合に成功した。

更に今年これら4種の金属を9個の水素と結合させることに成功した。
この成果で、ほとんどの金属原子と水素とを結合させる技術が確立した。
水素を高密度に含む物質群は、水素貯蔵材料の外、高速イオン伝導材料、超伝導材料としての応用が 期待され、今回の成果で、基礎・応用の両方について今後の進展が大いに注目される。
詳しくはここからどうぞ。(プレス発表)

 

 

 

尚、上記1.と3.については既に言及しているので今回は省略しますが、
詳しくは次のサイトをご参照。
1.水素貯蔵タンクに関して

3..水素を分子内に貯蔵する方法

参照ブログ:水素の常温、大量輸送方法

水素の貯蔵に関しての一般的な解説はここからどうぞ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

投稿者: taiga

化学系会社で各種素材応用製品開発に従事 先端科学、最新技術が好きな中高年男性。既婚 趣味:テニス、将棋、カラオケ、トレッキング、公園散策、

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