水素は再生可能エネルギーなどの様々な一次エネルギーから製造でき、燃料電池などから電気や熱のエネルギーを効率よく取り出せます。また、二次エネルギーとして大量輸送・長期貯蔵が可能です。常温・常圧では気体で存在するため、貯蔵に膨大な体積が必要になります。そこで、化学物質に変換して液体状にしたり、水素原子として物質中に吸蔵させ固体状にしたりすることでコンパクトに水素を貯蔵できます。これらの水素貯蔵に関わる物質を材料科学に基づいてナノスケールで制御して開発しています。また水素エネルギー利用システムは、水素製造やエネルギー取り出し方法の組み合わせが様々あり、水素貯蔵に必要な機能やプロセスが違ってきます。各用途に合わせたエネルギー効率の高い水素貯蔵・供給プロセスの提案やそのために必要な貯蔵材料、貯蔵容器開発を目指しています。
機能材料とプロセス開発で水素エネルギー活用に貢献する







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・水素貯蔵 液体系


アンモニア(NH3
)

再生可能エネルギーなどの大量導入に伴う地理的な偏りや時間的な変動の課題を克服するためには、得られる電気や熱を化学変換により水素として貯蔵・輸送することが有効です。大量輸送・貯蔵する場合には、液体系の化学物質に変換することで水素体積密度・質量密度を高めることができます。その中でも窒素肥料の原料として大量合成法、貯蔵・輸送の技術がすでに整っているアンモニア(NH3)に着目しています。

アンモニア(NH3)は室温、1.0MPa程度で液体アンモニアになります。液体アンモニアから水素を取り出す方法として、室温で制御が容易な電気分解法を提案して実証しました。電気分解のエネルギー効率を高めるための電極や電解質開発、電気分解反応メカニズム解明、利用のためのプロセス提案を進めています。また、アンモニア(NH3)は水に多量に溶けるためアンモニア水溶液として貯蔵することができます。アンモニア水溶液は、アンモニア蒸気圧が低いため取扱いが容易です。アンモニア水溶液から水素を取り出す方法として室温での電気分解があります。電気分解のエネルギー効率を高めるための電極開発を進めています


・水素貯蔵 固体系

マグネシウム水素化物(MgH2 水素吸蔵合金

固体系水素貯蔵材料は、水素原子が金属格子間に吸蔵する水素吸蔵合金や、水素と金属元素がイオン結合もしくは共有結合する金属水素化物があります。このような固体系水素貯蔵材料は、水素の出し入れのし易さや安全性から定置用(家庭用)燃料電池の水素貯蔵・供給プロセスへの適用が進められています。その中でも、水素質量密度が大きいマグネシウム水素化物(MgH2)、水素の出し入れが容易な水素吸蔵合金に着目して、水素吸蔵・放出特性改善、水素吸蔵・供給プロセス適用のための材料開発を進めています。


花田信子 Nobuko Hanada
 早稲田大学先進理工学部応用化学科