CO2フリー水素の製造プロセスと触媒技術

第1部 CO2フリー水素の大量製造、低コスト化の技術動向

(2021年7月9日 10:00〜12:00)

　再生可能エネルギーの主力電源化のために、短期～長期のエネルギー貯蔵技術が必要不可欠となる。いわゆる蓄電池では、その原料コストを考えた場合に、短周期の変動を平準化することに向いているが、一方で、大容量で長期のエネルギー貯蔵を想定した場合、たとえエネルギー変換効率の観点で劣っていたとしても、水素およびその他のエネルギーキャリアの状態で貯蔵・輸送する方が経済的合理性を持つと考えられている。 　本セミナーでは、水素に焦点を当て、その利用技術の意義、水素ガス以外の貯蔵輸送形態であるエネルギーキャリアの特徴と開発動向、また、水素の製像技術とそのコストについて紹介したい。また、低コスト水素製造を可能にする方法の一つとして、我々のグループで取り組んでいる熱化学水素製造技術についても紹介したい。

1. 温室効果ガス100%排出削減に向けて
2. 水素製造技術とそのコスト
   1. 光触媒
   2. 電解水素 (OPEXとCAPEX)
   3. 熱化学水素
3. PVの主力電源化と余剰電力による水素製造
   1. PVとその他の再エネ電力
   2. 変動電力と平準化の効果
   3. PVからの水素製造とそのコスト
4. まとめ
• 質疑応答

第2部 太陽光水素製造に向けた可視光応答型光触媒、Zスキーム型水分解系の開発

(2021年7月9日 13:00〜14:30)

　我々人類が「持続可能な社会」を構築するためには、再生可能エネルギーの利用が不可欠であり、無尽蔵の太陽光エネルギーを高効率に電気や燃料に変換する「太陽光エネルギー変換」における技術革新が強く望まれています。太陽エネルギーを「水素」などの「化学エネルギー」へと変換する「人工光合成」研究においては、長年の地道な研究に加えて近年いくつものブレークスルーがなされ、実用化への期待が高まりつつあります。 　本セミナーでは、半導体光触媒を用いた水の分解による水素製造研究を中心に、研究の歴史、実用化に必要となる太陽光エネルギー変換効率の試算、変換効率向上に向けた戦略、最新の研究成果、そして今後の課題と展望まで、分かり易く解説します。

1. はじめに
   1. 天然光合成と人工光合成
   2. 人工光合成 (太陽光エネルギー変換) の概要
   3. 目標となる太陽エネルギー変換効率 (コスト試算を含む) と現状
2. 半導体光触媒を用いた水分解 (水素製造)
   1. 研究背景および歴史
   2. 実用化への課題と解決への取り組み
   3. 半導体のバンドギャップと光の波長および起こしうる化学反応との関係
   4. なぜ可視光を用いた水分解が必須であり、またこれまで困難であったか
   5. 植物の光合成を模倣した二段階励起型 (Zスキーム型) 可視光水分解
   6. バンドエンジニアリングに基づく可視光水分解の実証
   7. 高効率化に向けた様々な取り組み
3. 人工光合成系の実験方法および評価における注意点
   1. 水分解反応の実験装置および評価法
   2. 反応効率の算出法と注意点など
4. 人工光合成研究における研究進展のまとめ・課題・今後の展望
• 質疑応答

第3部 水電解によるグリーン水素の製造とその触媒技術

(2021年7月9日 14:45〜16:15)

　今後のCO2削減の切り札として期待される水素、その水素製造の中核を担う水電解、水電解の中でカギとなる電極触媒について紹介する。

1. 緒言
   • 地球環境、温暖化、SDGsと大学
2. グリーン水素と水電解
   1. 水素製造法
   2. 水素製造法とCO2との関係
   3. 水電解の種類
3. 水電解によるグリーン水素製造
   1. アルカリ水電解の電極触媒
   2. 固体高分子形水電解の電極触媒
4. まとめ
• 質疑応答