太陽光を用いた大規模なソーラー水素製造システムの構築に成功

太陽光を用いた大規模なソーラー水素製造システムの構築に成功

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と人工光合成化学プロセス技術研究組合は26日、100㎡規模の太陽光受光型光触媒水分解パネル反応器と水素・酸素ガス分離モジュールを連結した光触媒パネル反応システムを開発し、実証試験に成功したと発表した。100㎡規模のものは世界で初めて。研究成果は25日(英国時間)に英国科学誌「Nature」のオンライン速報版で公開された。

人工光合成とは、太陽光エネルギーを用いて、相対的にエネルギーレベルの低い水や二酸化炭素などを、相対的にエネルギーレベルの高い水素や有機化合物などに変換する技術。このプロジェクトでは2012年より人工光合成についての基盤技術開発に取り組んでいる。2019年8月には東京大学柿岡教育研究施設(茨城県石岡市)内に大規模な光触媒パネル反応システムを設置し、実証試験を行ってきた。

開発したシステムは100㎡の受光面積を持つように連結された光触媒パネル反応器と分離膜を内蔵したガス分離モジュールで構成されている。実証試験の結果、水分解反応により生じた水素と酸素の混合気体から高純度のソーラー水素を、安全かつ安定的に分離・回収することに世界で初めて成功した。これは、光触媒パネル反応システムの大規模化やソーラー水素製造プロセスの安全設計に関する基本原理を示した画期的な成果となった。

光触媒パネル反応器は、発生する混合気体の気泡がスムーズに移動し、かつ着火しても爆発しない構造を持つように設計・開発されている。これらを連結することで100㎡の光触媒パネル反応器を製作し、混合気体を屋外環境でも継続して1年程度発生できることを確認した。さらに光触媒パネル反応システムのガス分離モジュールにより、混合気体から高純度のソーラー水素を分離できるようにした。日照条件によらずガス流量を適切に制御できるので安定したガス分離性能を維持でき、さらに屋外でも数カ月にわたり機能性を損なわず動作することを実証した。屋外試験中に一度も自然着火・爆発はなく、さらに万が一の場合の爆発の影響を見るために各構成部に意図的に着火しても爆発による装置の破損などはなかった。

現在、光触媒パネル反応器に用いているチタン酸ストロンチウム触媒は紫外光しか水分解に利用できないが、可視光と紫外光の両方を吸収できる光触媒も開発中だ。今後はさらに光触媒パネルの低コスト化と一層の大規模化、ガス分離プロセスの分離性能とエネルギー効率の向上のための技術開発を進めていく。

写真提供:NEDO

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