特許ウォッチ

公開番号2025052834
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-07
出願番号2023161776
出願日2023-09-25
発明の名称反応媒体および水素の製造方法
出願人国立大学法人新潟大学
代理人個人,個人,個人
主分類C01G 53/00 20060101AFI20250328BHJP(無機化学)
要約【課題】高い反応活性を有し、効率よく水素を製造できる反応媒体を提供すること、および、効率よく水素を製造できる水素の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の反応媒体は、水を熱分解して水素を製造する方法において用いられる反応媒体であって、FeとMgとNiとの複合金属酸化物を含むことを特徴とする。前記複合金属酸化物は、Fe_0.33Mg_0.33Ni_0.33O_xで表されることが好ましい。本発明の水素の製造方法は、請求項1に記載の反応媒体を熱還元する第1の工程と、熱還元された前記反応媒体を水と接触させ、前記反応媒体を酸化するとともに水素を発生させる第2の工程とを有する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
水を熱分解して水素を製造する方法において用いられる反応媒体であって、
ＦｅとＭｇとＮｉとの複合金属酸化物を含むことを特徴とする反応媒体。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記複合金属酸化物は、Ｆｅ
０．３３
Ｍｇ
０．３３
Ｎｉ
０．３３
Ｏ
ｘ
で表される請求項１に記載の反応媒体。
【請求項３】
請求項１に記載の反応媒体を熱還元する第１の工程と、
熱還元された前記反応媒体を水と接触させ、前記反応媒体を酸化するとともに水素を発生させる第２の工程とを有する水素の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程での反応温度が１２００℃以上１４００℃以下である請求項３に記載の水素の製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程での反応温度が１０００℃以上１２００℃以下である請求項３に記載の水素の製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程と前記第２の工程とを含む一連の処理を繰り返し行う請求項３に記載の水素の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応媒体および水素の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光を集光して得られる熱を利用して水熱分解により水素を製造する方法として、酸化セリウム（ＣｅＯ
２
、セリア）を反応媒体として用いた二段階水熱分解サイクルが有望視されている（例えば、非特許文献１、２参照）。
【０００３】
この二段階水熱分解サイクルでは、加熱によりＣｅＯ
２
を構成する酸素原子の一部を引き抜き、不定比酸化物を得る熱還元の工程と、当該不定比酸化物と水蒸気との反応（水分解反応）により水素を得る工程とを行う。
【０００４】
酸化セリウム（ＣｅＯ
２
）による二段階水熱分解サイクルでは、熱力学的な観点から、熱還元の工程は１５００℃以上、水分解反応の工程は１０００℃以下の温度で行われていた。
【０００５】
このような二段階水熱分解サイクルによる水素製造のコストに関しては、熱還元工程における処理温度が１５００℃以上であると熱損失が大きく、反応器材料もコスト高になるという問題点があった。さらに、１５００℃という高温を太陽光の集光で得るためには、太陽光集光システムにおいて、より高い集光度が必要であり、反射鏡の設置数の増加や２次、３次反射鏡で集光度を高める必要が生じ、エネルギー損失が高くなる、コスト高になるという問題があった。
【０００６】
ソーラー反応器のエネルギー損失に関しては、従来の酸化セリウムを用いた二段階水熱分解サイクルでは、熱還元の工程と水分解反応の工程での温度差が５００℃以上になる。このような大きな温度差で反応器の温度を温度スイングさせることで、熱損失が大きくなるという問題点があった。
【０００７】
一方、反応媒体については、韓国の浦項工科大学（ＰＯＳＴＥＣＨ）の研究グループが、マグネシウム、ニッケル、コバルト、鉄を等モルずつ含有させた複合金属酸化物Ｆｅ
０．２５
Ｃｏ
０．２５
Ｎｉ
０．２５
Ｍｇ
０．２５
Ｏ
ｘ
（ＭＮＣＦＯ）において、熱還元工程で生成する岩塩構造のウスタイトを高エントロピー化することにより、二段階水熱分解サイクルにおいて、酸化セリウム（ＣｅＯ
２
）を上回る反応活性を実現し、熱還元工程の温度を１３００℃に低温化できることが報告されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００８】
しかし、このような複合金属酸化物においても、反応媒体の反応活性や、水素製造におけるネルギー効率が十分に高いとは言い難く、反応媒体の反応活性、水素製造における効率のさらなる向上が求められていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
N. Gokon, T. Suda, T. Kodama “Thermochemical reactivity of 5-15 mol% Fe, Co, Ni, Mn-doped cerium oxides in two-step water-splitting cycle for solar hydrogen production”, Thermochimica Acta, 617 (2015) 179-190.
N. Gokon, T. Suda, T. Kodama “Oxygen and hydrogen productivities and repeatable reactivity of 30-mol%-Fe, Co-, Ni-, Mn-doped CeO2-δ for thermochemical two-step water splitting cycle”, Energy, 90 (2015) 1280-1289.
Shang Zhai et. al., Energy Environ. Sci., 11, 2018, pp.2172-2178.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、高い反応活性を有し、効率よく水素を製造できる反応媒体を提供すること、および、効率よく水素を製造できる水素の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許