澤藤電機と岐阜大学が共同開発中の水素製造装置「プラズマメンブレンリアクター」の水素製造量を従来比倍増、アンモニアから高純度水素を毎時300リットル製造

エネルギー・素材・繊維

このたび、澤藤電機株式会社（代表取締役社長吉川昭彦）は、国立大学法人岐阜大学（工学部化学・生命工学科神原信志教授）との共同研究により開発してきた、プラズマを用いた水素製造装置「プラズマメンブレンリアクター（PMR）」（以下、PMR）の水素製造量を従来と比較して倍増させることに成功しました。従来のPMRでは水素製造量を増やすために、アンモニア供給量を増しても150NL/h以上の水素製造量が得られませんでした。今回、PMRの電極間にアンモニア吸着剤（以下、吸着剤）を充填するなどの改良（特許出願中）により、アンモニア供給量に伴って水素製造量が増加することを確認し、従来と比較して2倍の水素製造量300NL/hが得られるようになりました。本技術は、アンモニアを原料にして水素を製造することで、CO2フリーの水素社会実現へ向けた技術として期待されます。（* NL/h （0℃、1気圧での1時間あたりの発生量））

※図は添付資料をご参照ください

【開発技術の内容】

図1にPMR１本あたりの水素製造量の推移を示します。2017年3月PMRの原理を明らかにした後、2018年3月にはPMRの前段にアンモニア分解触媒を用いて水素製造量150 NL/hとなりました。2019年5月にはPMRへ吸着剤を充填するなどの改良により、水素製造量300 NL/hを達成しました。

図2に従来型PMRと改良型PMRの概要を示します。従来型PMRを用いた水素製造装置は、水素分離膜（高電圧電極を兼ねる）、石英ガラス管、接地電極、プラズマ電源で構成されています。PMRにアンモニアを供給し、プラズマ電源から3万ボルトの電圧を印加すると、アンモニアが水素原子（H）と窒素原子（N）に分解されます。水素分離膜は水素原子のみを透過させるので、水素原子と窒素原子を分離することが出来ます。水素分離膜を透過した水素原子は結合して水素（H2）になり、高純度水素として外部に取り出すことが出来ます。また、残りの窒素原子は結合して窒素（N2）になり、大気へ排出されます。

改良型PMRには、プラズマとアンモニアの接触時間を長くする目的で、電極間（水素分離膜と接地電極の間）に、吸着剤を充填しています。この吸着剤の効果により、プラズマによる水素原子の生成が促進され、水素分離膜を透過する水素原子の量を増加させ、従来と比較して、2倍の水素製造量300NL/hが得られるようになりました。

【今後の進め方】

図3にPMRの応用例を示します。アンモニアを原料にして水素を製造することで、CO2フリーの水素社会実現へ向けた技術として期待されます。2020年度のPMRの商品化を目指して、水素製造量アップと省電力化の技術開発を推進していきます。更に水素製造装置の実証試験に向けた準備を推進していきます。

【PMRに関わる取得済み特許】

特許第6095203号「水素生成装置及び水素生成装置を備えた燃料電池システム」

米国特許 US10065170、中国特許 CN104661955

特許第 6150142号「エネルギー貯蔵輸送方法およびエネルギーキャリアシステム」

ドイツ特許 DE112016000814、中国特許 CN107207248

特許第6241803号「水素生成装置」特許第6241804号「水素生成装置」

■神原信志（かんばらしんじ）教授プロフィール

国立大学法人岐阜大学工学部化学・生命工学科

専門：化学工学、反応工学、燃焼工学、プラズマ応用環境技術、紫外光応用環境技術

■澤藤電機株式会社概要