水素分離膜の開発と製造プロセスの高効率化

第1部 水素分離膜と光触媒反応器を組み合わせた水素製造

(2022年4月18日 10:30〜12:00)

　グリーン水素の新しい製造法の実用化を支援する水素分離膜、ブルー水素製造の高効率化を可能にする水素分離膜について、その基礎から開発状況までを解説します。低炭素化技術として普及が期待される膜ガス分離を、膜素材、製膜法、膜プロセスの観点から理解する入門編としても利用できます。

1. 膜ガス分離の概要
   1. ガス分離膜の種類と分離メカニズム
   2. 製膜法
   3. 膜モジュールの種類
   4. 分離性能に及ぼす操作条件
   5. 分離膜用語
2. 光触媒による水素製造
   1. 光触媒
   2. 光触媒反応器と分離膜モジュールの複合化
   3. 水素と酸素の混合ガスの分離
   4. 分離膜に求められる要件
3. 水素/酸素分離に対する分離膜の実力と課題
   1. 高分子膜
   2. 炭素膜
   3. ゼオライト膜
   4. シリカ膜
4. まとめ
   1. 人工光合成
   2. 膜ガス分離の今後
• 質疑応答

第2部 膜分離ISプロセスによるCO2フリー・高効率水素製造技術の開発

(2022年4月18日 13:00〜14:30)

　太陽熱を始めとした高温熱源の効率的な利用方法として、熱化学水素製造法がある。水の熱分解には3000°C以上の高温が必要であるため、触媒となる添加物をリサイクルさせることで、1000°C以下の熱源より水より水素と酸素を得る方法である。例えば、太陽電池による発電と水の電気分解を組み合わせるケースと比較すると、水素製造効率が高いことが特徴と言える。 　ここでは、熱化学水素製造法の概要とその中で最も検討されている熱化学法ISプロセスについて説明を行う。熱化学法ISプロセスでは、添加物として硫黄とヨウ素を用いることで、数百°Cから1000°C程度の熱源より水素を得る。リサイクルのために反応と分離の組み合わせが必要となるが、近年検討されている膜分離ISプロセスの技術的動向についてまとめる予定である。

1. 熱化学水素製造法
2. 膜分離ISプロセス
   1. 膜分離ISプロセスの概要
   2. HI分解反応
      1. 水素選択透過シリカ膜の開発
      2. 膜安定性および多孔質基材の改良
      3. 水素透過型膜反応器
   3. 膜ブンゼン反応
      1. 放射線グラフト法を利用したカチオン交換膜の開発
      2. カチオン交換膜の強酸雰囲気での安定性向上
      3. 電極触媒の改善
      4. シリカ膜による硫酸水溶液濃縮
   4. 硫酸分解反応
      1. シリカ膜による硫酸分解転化率向上
3. まとめ、開発の要点、将来展望
• 質疑応答

第3部 パラジウム系水素分離膜の高性能化とケミカルハイドライドからの水素製造技術

(2022年4月18日 14:40〜16:10)

　反応と分離は化学プロセスで極めて重要な基盤技術です。ケミカルハイドライドからの水素製造においても、反応と分離の重要性はかわりません。 　本講座では、触媒反応と水素分離を組み合わせて作製するメンブレンリアクターで得られるシナジー効果とともに、耐熱性水素分離膜として最も高性能なパラジウム系膜について基礎から最新の研究開発状況までをわかりやすく講義します。

1. はじめに:水素エネルギー社会の構築
2. 水素の輸送と貯蔵
   1. 各種水素キャリアの特徴
   2. アンモニアからの水素回収
   3. ケミカルハイドライドからの水素回収
3. 水素分離膜の分類と特徴
4. パラジウム系水素分離膜での水素透過性能向上
   1. パラジウムの薄膜化の分類と特徴
   2. 湿式めっきによるパラジウムの薄膜作製と複合膜化
   3. パラジウムの合金化による水素透過性能の向上
5. 実用化に向けたパラジウム系膜の耐久性向上
   1. パラジウム系膜の性能低下とその原因
   2. パラジウム系膜への金属微粉の付着
   3. パラジウム系膜の熱処理と機械的強度
6. おわりに:パラジウム系水素分離膜およびそれを用いた水素製造技術の課題
• 質疑応答

第4部 Evonikの高分子膜の紹介とグリーン水素活用への展望

(2022年4月18日 16:20〜17:20)

1. エボニック社の紹介
2. SEPURAN膜の製品概要と適用事例
3. 分離膜のグリーン水素分野での応用
• 質疑応答