水素キャリアチーム

水素キャリア製造・利用技術

主な研究設備

水素着脱反応触媒評価装置	次世代コジェネエンジン実験装置
水素化・脱水素の触媒反応をオンラインガスクロマトグラフにより分析する装置です。再生可能エネルギー由来を模擬した変動水素も供給可能です。 水素流量～10,000㎖／min トルエン・MCH流量～10g／min	4気筒ディーゼルエンジン（排気量：5.2L）を用いて、水素や軽油等の複数燃料の混焼実験や過渡運転実験が可能です。

水素キャリア製造・利用統合システム
アルカリ水電解装置、水素化触媒塔、大型貯蔵タンク、次世代コジェネエンジンを統合した、世界最大級のMCH製造・利用の実証機です。 ［概要・特徴］ アルカリ水電解装置による水素生成能力：34Nm3/h トルエンへの水素付加能力：70L/h（MCH製造能力） MCH貯蔵能力：容量20kL（発電換算：約10MWh） 水素コジェネ出力（電力・熱）：電力60kW・熱35kW

主な研究成果

1.有機ハイドライドの触媒性能評価【図１】

   水素着脱反応触媒評価装置及びオンライン・ガスクロマトグラフを活用し、水素化・脱水素化プロセスの繰り返し過程における生成物種及びその濃度を定量的に測定しました。これにより、有機ハイドライドの製造プロセスへの設計指針を構築するとともに、流通時の品質規格・標準化へのバックデータを取得できました。さらに現在、水素着脱反応プロセスの動的最適化に向けた基礎実験等を実施しています。

2.水素キャリア製造・利用統合システム実証

   アルカリ水電解装置、水素化触媒塔、大型貯蔵タンク、脱水素触媒搭載型コジェネエンジンを統合した世界最大級の水素キャリア製造・利用統合システム実証機を稼働しています。また、これまでに30MWhの電力（一般家庭3000軒日分）を水素あるいはMCHとして変換しながら、アルカリ水電解装置の性能予測シミュレーションモデルを構築しました。今後は、FREAのエネルギーネットワークに組み込み、電力貯蔵・利用方法の実証研究を展開します。

3.MCHを用いた次世代コジェネエンジン技術【図２】

   MCHを用いた次世代コジェネエンジンにおいて、エンジン排熱エネルギーをMCHの脱水素に活用する熱回収技術および水素のエンジン燃焼技術を研究開発しています。エンジン排熱の高温化等の熱回収を強化することで、世界トップ水準のMCHからの水素発生を実現しています。また水素と軽油のエンジン混焼技術において、熱効率40％超の高効率かつ高排気温を実現しました（通常、高効率にすると排気温度が下がりますが、高排気温度の維持によってMCHの分解が可能になりました）。さらに、エンジンの高効率化とクリーンで高温の排気を両立するエンジン燃焼技術を向上しています。

4.アンモニア内燃機関の技術開発【図３】

   東北大学と共同でアンモニアの直接燃焼利用技術を研究開発しています。小型ガスタービン（50kW定格）での燃焼利用に挑戦し、メタンとアンモニアの混合ガスを用いた混焼による41.8kWの発電に成功しました。さらにアンモニア100％の専焼発電にも成功しました。これらは世界初の研究成果です。また、燃焼後の窒素酸化物（NOx）を含んだ排出ガスに適量のアンモニアを添加し、脱硝装置で処理することでNOxを環境省の排出基準（16vol.％酸素（O2）換算で70ppm）に十分適合できる25ppm未満まで抑制できました。
　※本研究開発は、内閣府SIP（戦略的イノベーション創造プログラム）「エネルギーキャリア」（管理法人：JST）によって実施しています。