JP2009067650A - アンモニアの分解システム - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニアを水素源として利用する高温条件を必要とせず、小型、軽量で、空間速度が高く、効率の高いアンモニア分解システムを提供する。
【解決手段】 原料であるアンモニアの容器１から配管を通じて、乾燥菅２で水分除去しながら、システムに原料のアンモニアを供給する。アンモニアは、アンモニア一次電池の陽極４の反応槽に導かれ、そのアンモニアにより、アンモニア一次電池が起電できる。発生した直流電流を、本システムの光源７に電力供給する。光源７からの光８は、反応器９内に敷設された触媒１０に照射され、かつ、その触媒表面に、原料であるアンモニアが導かれる。触媒１０表面で、照射された光８が、アンモニアを分解し、水素と窒素を生成する。生成した水素と窒素は、フィルター１１を通じで分離され、それぞれの貯蔵器１２および１３に導かれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒表面に光照射することによるアンモニア分解の方法を用いたシステムに関する。より詳しくは、触媒表面にＬＥＤやレーザーやランプを光源とする人工の光を照射することにより、アンモニアを水素に分解する方法に関する。また、光源の電源として、アンモニアを原料とするアンモニア二次電池を組み込んだシステムに関する。

地球環境にやさしいエネルギーとして水素が期待され、その水素を利用した発電システムや、移動体の駆動システムの開発が進められているが、反面、水素は貯蔵・運搬が難しく、利用場所までの供給面での技術課題・安全性・経済性が大きく障害となっており、水素利用システムの経済的実用化を阻んでいる。

一方、従来の化石燃料である石油や天然ガスなどの炭化水素は、水素を含む化合物であり、その貯蔵・運搬が容易であり、従来の設備インフラが利用できて経済的であるため、水素の利用場所までは、従来の化石燃料である石油や天然ガスなどの炭化水素を貯留・運搬し、それを利用の際に分解して、水素を生成する方法が検討されている。

従来の化石燃料である石油や天然ガスなどの炭化水素を分解して水素を得たときに、生成する二酸化炭素は、地球温暖化効果ガスとして作用するので、炭化水素を利用する方法では、せっかくの水素利用のメリットを損なってしまっている。

炭素を含まず水素を含む化合物で、産業規模で製造されている化合物であるアンモニアを分解して水素が生成できれば、温暖化効果ガスである二酸化炭素を排出せずに、水素を利用することが可能となる。

アンモニアの分解は、熱分解、放射線分解、電気分解、光分解、及び触媒を用いた接触分解などがある。

変換効率の観点から、熱分解や接触分解などが検討されているが、分解反応には高温雰囲気が必要であり、熱分解では、８００℃程度、活性化の温度を低くできる触媒を利用した接触分解でも３００℃から７００℃程度の温度が必要であり、そのための装置が大型となり定置の装置となる（特許文献１、特許文献２）。

また、高温雰囲気にするために必要な投入エネルギーも大きなものとなるので、飛行機や自動車などの移動体への積載は難しい。

放射線分解には、放射能が必要であり、安全性や経済性などから実用的ではなく、電気分解では、エネルギーの利用効率もよくなく、高コストの方法であり、また、分解反応を駆動するための電源が必要であるので、飛行機や自動車などの移動体への積載は難しい。

光分解は、目的に好適な波長を選択して利用できれば、目的の分子間結合を選択的に切ることが可能であるので、ＬＥＤなどの小電力の光源が利用できれば、反応収量を考慮しなければ、軽量化・小型化が容易となるので、飛行機や自動車などの移動体への積載は可能である。

しかし、光反応では、光源から反応場に注入した光量子が対象の化合物に衝突する必要があるが、気相中あるいは水相中の対象物質に、光量子が衝突する確率は低く、例えば、５００Ｗの光源を３時間照射しても約４０マイクロリットル程度の水素しか得られないほど、反応速度が低いため（特許文献３）、ある一定以上の反応収量を得る為には、装置を大きくすることが求められ、軽量化・小型化のメリットを活かせない。


特開２００４−１９５４５４号公報 特開平５−３３０８０２号公報 特開２００６−１８２６１５号公報

反応効率がよく反応速度が高い小型・軽量化に適した、水素を生成するためのアンモニア分解システムを提供する。

本発明は、触媒表面に光照射することによるアンモニア分解の方法を用いたシステムである。

本発明は、アンモニアを用いたアンモニア一次電池を組み込んだ構成ができ、燃料としてアンモニアを用いることで、反応進行のための必要電力を自給できるシステムである。

本発明は、アンモニア分解法として、光分解の手法に接触分解の方法を組み合わせた方法を適用し、移動体に適用できる小型・軽量化したアンモニアの分解システムである。

具体的には、紫外領域を発光できるＬＥＤなどの光源と、触媒を組み合わせて、高速・高効率・軽量のアンモニア分解システムを構成する。

本発明で用いる触媒は、常温で反応させてもよく、通電して触媒金属自体を発熱させてもよい。

本発明のシステムは、高速・高効率・軽量に対応できるアンモニア分解方法を用いているので、自動車や飛行機などの移動体に積載することができる。

本発明のシステムは、アンモニアをエネルギー源として利用できるアンモニア一次電池をシステムに組み込むことができるので、自動車や飛行機などの移動体には、本システムの起動に必要な別途の二次電池を積載することが不要となる。

本発明のシステムは、高速・高効率・軽量に対応できるので、定置型のシステムとしても利用でき、その場合は、設置場所の制約が少ないシステムである。

本発明によれば、反応容器システム全体を高温にすることなく、反応システム全体がコンパクトな装置構成にて、アンモニアを分解できるシステムであり、小型、軽量のシステムを実現できる。

本発明によれば、反応容器内の触媒の表面での光分解反応であるので、空間速度を大きくとれ、反応システムが小型化、軽量化できるので、設置場所・空間の制限のある用途に適用できる。

本発明によれば、反応システムが小型化、軽量化できるので、自動車や飛行機などの移動体に積載して利用できる。

本発明によれば、反応システムが小型化、軽量化できるので、家庭用や民生商業用など定置利用として場所の制約がある場合でも、利用できる。

本発明によれば、アンモニアを水素源としての利用できる。

本発明の例示を以下に示すが、光源や触媒種類は、例示に示す方法に限定されるものではない。

本システムは、図１に例示したシステムが考えられる。

図１で示した、原料であるアンモニアの容器１から配管を通じて、乾燥菅２で水分除去しながら、システムに原料のアンモニアを供給する。

アンモニアは、バルブ３を通じて、アンモニア一次電池の陽極４の反応槽に導かれ、そのアンモニアにより、アンモニア一次電池が起電できる。

配線６を通じて、アンモニア一次電池の陽極４とアンモニア一次電池の陰極５から発生した直流電流を、本システムの光源７に電力供給し、本システムの起動・反応推進電力とする。

光源７からの光８は、反応器９内に敷設された触媒１０に照射され、かつ、その触媒表面に、原料であるアンモニアが導かれる。

触媒１０表面で、照射された光８が、アンモニアを分解し、水素と窒素を生成する。

生成した水素と窒素は、フィルター１１を通じで分離され、それぞれの貯蔵器１２および１３に導かれる。

本発明の方法により、簡易な装置構成により、小型で軽量なアンモニア分解のシステムが構築できる。

本発明の方法により、アンモニアを水素源として利用でき、二酸化炭素の排出負荷のない燃料システムが構築できる。

本発明のアンモニア分解システムを示した説明図である。

符号の説明

１ 原料（アンモニア）
２ 乾燥管
３ バルブ
４ アンモニア一次電池陽極
５ アンモニア一次電池陰極
６ 導線配線
７ 光源
８ 光
９ 反応器
１０ 触媒
１１ フィルター
１２ 生成物の貯蔵器
１３ 副生成物の貯蔵器

Claims (4)

1. アンモニアを含む気相または液相において、貴金属または遷移金属または貴金属および遷移金属を成分とする触媒表面に光を照射することによりアンモニアを分解する方法を用いたアンモニア分解システム
   
2. 請求項１のアンモニア分解システムであって、触媒表面に照射する光の光源の電気を、アンモニア一次電池で供給することを特徴とするアンモニア分解システム
   
3. 請求項１のアンモニア分解システムであって、触媒表面に照射する光の光源の電気を、二次電池または定置電源で供給することを特徴とするアンモニア分解システム
   
4. 請求項１のアンモニア分解システムであって、触媒の形状がワイヤー状またはハニカム形状であって、その触媒を通電することを特徴とするアンモニア分解システム
   

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