アンモニア合成技術の開発と常温・常圧化

第1部 電場印加触媒反応を利用した低温域でのアンモニア合成技術とそのメカニズム

(2023年1月18日 10:30〜12:00)

　再生可能エネルギー利用の時代に於いては、水素源としてのアンモニアを再エネから自在に合成することがエネルギー利用形態の一つとして期待される。我々は、200度台という低い温度で、ほしいときにほしいだけアンモニアを合成しうる新たな固体触媒プロセスを創出してきた。本講演では再エネからのアンモニア合成のバックグラウンド、オンデマンドでのアンモニア合成の詳細や反応メカニズムなどについて紹介する。

1. 再生可能エネルギー時代を迎えて
2. 再生可能エネルギーからのアンモニア合成
3. 電場印加による触媒反応とは? なぜ低温で反応が進むのか?
4. 表面でのプロトニクス
5. 電場を印加した系におけるアンモニアのオンデマンド合成
6. ルテニウム系触媒を用いたケースの詳細
7. 鉄系触媒を用いたケースの詳細
8. その他の触媒を用いたケースの詳細
9. 反応メカニズムの解析
10. 表面プロトニクスの測定と解析
11. 計算科学による支援と予測
12. プロセスとしてみたときの効率
13. アンモニア分解への応用展開
14. 今後の展開
15. まとめ
• 質疑応答

第2部 水素化リチウムを利用した常圧でのアンモニア合成法

(2023年1月18日 13:00〜14:30)

　アンモニアは近年エネルギーキャリアとして注目されている物質であるが、既存の合成法は大規模集中型の技術として最適化されたハーバーボッシュプロセスであり、偏在する再生可能エネルギーへの対応は困難である。そこで、低圧で制御可能で、且つ高効率な小型分散型アンモニア合成法が求められている。我々のグループでは、リチウムの有する窒素解離能を利用し、多段階の化学反応によってアンモニアを合成するケミカルルーピングプロセスの研究を進めている。この方法を用いることにより、常圧でのアンモニア合成が可能であることが実験的に示されている。講演では、研究開発の経緯、これまでの研究成果等を中心に紹介する。

1. 研究背景
   1. 窒化物合成における課題
   2. 関連する先行研究
   3. Li化合物を用いた窒化物合成技術への着想とその詳細
2. 研究紹介
   1. Li – 14族元素を用いた窒素解離及びアンモニア合成
   2. LiHを用いたケミカルルーピングアンモニア合成
   3. その他関連研究
   4. Li合金を触媒として用いたアンモニア合成
3. 総括、今後の展望
• 質疑応答

第3部 窒化鉄と炭酸水による低環境負荷なアンモニア合成技術

(2023年1月18日 14:45〜16:15)

　窒化鉄を原料とし、炭酸水を利用することで、常温・常圧で手軽にアンモニアが合成できる。鉄は安価で普遍的な元素であり、鉄に窒素を化合させた窒化鉄は社会的にも活用が進められている。以前よりスクラップ鉄を利用して水を水素源とする水素 (H2) 生成の研究を行ってきたが、温室効果ガスとして削減が求められている二酸化炭素を加えると常温・常圧で反応が進行し、二酸化炭素は炭酸塩として固定化できることを報告してきた。 　本講演はその関連研究として、二酸化炭素固定化という側面にも着目しつつ、アンモニア生成について説明する。

1. 水素とアンモニアの関係
2. 水素生成反応の基本
3. 鉄と鉄鋼
4. スクラップ鉄需給
5. 鉄の酸化還元
6. 二酸化炭素のはたらき
7. 窒化鉄の種類
8. アンモニア生成反応機構
9. 実験の詳細
10. 水素/アンモニア比
11. 反応温度依存性
12. 反応の活性化エネルギー
13. 二酸化炭素固定化生成物
14. 反応促進手段
15. 課題と展望
16. まとめ
• 質疑応答