흐름 공식을 사용하여 실시간 바카라 산에서 발전 시스템의 개발

Hisashi Kawanami, 기능 그룹 개종 팀의 수석 수석 연구원, 바카라 커뮤니티 (이하 "AIST")는 Sawara Kaoru (박사 과정)와 협력하여 Tsukuba 대학의 연구원 과학 연구 연구원 과학 연구 연구원 과학 연구원과 함께 일하고 있습니다 쓰쿠바흐름 공식실시간 바카라 산에서 발전 시스템을 개발했습니다

실시간 바카라산은 미래의 에너지 문제를 개선하기위한 수소 공급원으로 예상됩니다 실시간 바카라산은 또한 바이오 매스 및 이산화탄소로부터 얻어지며, 가축 사료의 첨가제로 주로 사용되는 화합물이다 사회의 실시간 바카라 산에서 수소를 생산하는 기술을 구현하는 데 많은 어려움이 있으며 일본에서는 입증 된 사례가 거의 없습니다 이 기술은 실시간 바카라 산으로부터 수소를 생산하기위한 촉매를 검토했다폴리 에틸렌 니민Iridium complex catalyst그리고 조정되지 않은 비 피리딘, 흐름 방법을 사용하여 "연속적인"수소 생산 공정을 개발했습니다 얻어진 수소를 사용하여, 우리는 연료 전지 발전 테스트를 수행하여 안정적인 전력을 얻을 수 있음을 보여줍니다

이 결과는 실시간 바카라 산으로 만들어졌습니다수소 캐리어와 같은 에너지 기술을 구현하는 기술이 될 것으로 예상되며, 동시에 발전 이외의 응용 분위기를 위해 실시간 바카라 산으로부터 얻은 수소를 배치하는 데 사용될 것으로 예상됩니다

이 기술의 세부 사항은 2023 년 10 월 14 일에 제공 될 예정입니다Chemsuschem"에 게시 됨

최근 몇 년 동안, 에너지 및 지구 온난화 문제를 해결하기 위해, 수소 사회의 실현은 효율적인 수소 저장, 운송 및 제조를 담당하는 수소 운반체의 기술 개발이 진행되고 있습니다 AIST는 수소 운반체로서 실시간 바카라산을 사용하는 것에 대한 반복적 인 연구를 수행하고있다 실시간 바카라산은 유제품 농업의 사료 첨가제로 사용되므로 비교적 쉬운 화학 물질입니다 실시간 바카라산은 해외에서 메탄올 및 기타 물질에서 산업적으로 생산되지만 최근 이산화탄소, 바이오 매스, 메탄 등의 합성 방법이 개발되어 이산화탄소 배출량을 감소시키는 데 기여할 수있는 수소 공급원이되었습니다 그러나 수소 운반체로서 실시간 바카라산의 사회적 구현은 많은 공정 문제에 직면했다

AIST는 실시간 바카라산을 수소 운반체로 사용하여 매우 효율적인 수소 생산 시스템을 개발하는 것을 목표로하며, 실시간 바카라 산 탈수 형성 (AIST : 이산화탄소와 포름산을 전환하는 에너지 효율적인 무료) 및 실시간 바카라 산에서 생산 된 고압 가스 (수소와 이산화탄소의 혼합 가스)를 쉽게 분리하고 동시에 고압 수소와 액화 이산화탄소를 생산할 수있는 기술 (AIST : 압축기없이 고압 로투스 바카라의 지속적인 공급 방법) 또한, 새로운 분광 분석 기술은 매우 활동적이고 장수 촉매를 개발하기 위해 개발되었습니다 (바카라 꽁 머니 AIST : 새로운 실시간 분광 분석 방법의), 우리는 실시간 바카라 산으로부터 고압 수소를 생성 할 때 촉매 반응 메커니즘 및 분해 메커니즘을 명확히 하였다

이 기술 개발은 사회적 구현을 ​​목표로하는 "연속적인"수소 생산 공정을 실현하기 위해 많은 어려움이 있습니다배치 타입에서 프로세스 변환을 수행했습니다 흐름 유형으로, 그 과정을 사용하여 실시간 바카라 산으로부터의 수소 생산을 한 다음, 그 수소를 사용하여 연료 전지를 사용하여 발전 테스트를 수행했습니다

이 연구 개발은 Canon Foundation의 12 번째 연구 보조금 프로그램 인 "새로운 산업을 만드는 과학 기술"(2021-2023)에 의해 지원됩니다

수소 운반체로서 실시간 바카라산의 실용성을 입증하기 위해, 1) 배치에서 흐름 유형으로의 공정 변환, 2) 실시간 바카라산으로부터 유래 된 수소를 사용한 연료 전지 발전 시험이 필요했다

첫째, 공정을 배치에서 흐름으로 변환하기 위해서는 1) 촉매 활성을 유지하면서 수성 실시간 바카라산 용액으로 쉽게 용출하는 기존의 복잡한 촉매를 고정시켜야했다 따라서, AIST에 의해 개발 된 세계 최고 압력 생성 능력을 달성 한 이리듐 복합체 촉매는 폴리에틸렌 이민에 고정화되었고 (도 1), "흐름"수소 생산 공정이 실시간 바카라산에서 개발되었다

이전의 연구는 복잡한 촉매의 비활성화가 수소 생산으로 인한 복잡한 결과를 초래한다는 것을 보여줍니다Ligand를 배제하지 않는다는 것을 밝혀 냈습니다 따라서,이 발달에서, 복잡한 촉매를 중합체 (폴리에틸렌 이민)에 포함시켜 리간드가 오는 것을 방지 하였다 또한, 리간드에서 제거 되더라도, 다른 리간드는 복합체를 다시 캡처하여 활성을 유지하고 촉매의 더 긴 수명을 달성한다 또한, 폴리 에틸렌 이민은 선택적으로 실시간 바카라산을 흡수하는 특성을 가지며, 이는 또한 촉매의 높은 활성화에 기여한다 (도 2)

개발 된 고정화 된 촉매는 열 안정성과 내구성이 향상되었으며, 기존의 촉매보다 동일하거나 더 큰 활성을 나타냅니다 그런 다음, ② 복합체 (이리듐)가 거의 완전히 용리되었다 (고정화 된 촉매의 g 당 이리듐은 40 μg 이하) 이 고정화 된 촉매를 사용하여, 흐름 유형의 연속 수소 생산 공정을 구성하여 2,000 시간 이상 연속적인 작동을 보여 주었다 (도 3) 또한, 수득 된 수소에 함유 된 일산화탄소 함량은 01 ppm 미만이었고 연료 전지의 수소 연료에 대한 품질 표준 (ISO14687-2, 02 ppm) 이하였다

다음, 수소가 2) 실시간 바카라 산,소프트 폴리머 연료 전지(일본 자동차 연구소 (Japan Automobile Research Institute)가 제조 한 표준 세포, 일반적인 설립 재단)이 수행되었습니다 결과적으로, 우리는 5 시간 이상 출력을 낮추지 않고 안정적인 발전이 가능하다는 것을 확인했습니다 (그림 4)

우리는 실험실-규모 연구 및 개발에서 수소 운반자로서 실시간 바카라산을 가진 유량 유형 "연속적인"수소 생산 시스템에서 확장을 통해 사회적 구현을 ​​위해 계속 발전 할 것입니다 또한, 우리는이 공정의 부산물 인 이산화탄소를 포착하고 실시간 바카라산을 재생하는 기술을 개발할 것입니다 우리는 또한 실시간 바카라 산의 수소를 사용하여 발전 이외의 다양한 응용 분야로 확장 될 것입니다

게시 된 잡지 :Chemsuschem
논문의 제목 : 실시간 바카라 산을 이용한 연속 수소 생산을 위해 가교 된 폴리 에틸렌 이민에 고정화 된 이리듐 촉매
저자 : Keito Sawahara, Shinji Tanaka, Tetsuya Kodaira, Ryoichi Kanega, Hajime Kawanami
doi :https : //doiorg/101002/cssc202301282

흐름 공식

원자재를 반응기에 지속적으로 공급하고 동시에 제품을 제거하는 방법 일정한 상태 (정상 상태)에서 작동하며 일정한 생성물 수율 및 선택성의 특징을 갖습니다 안정적이라면 많은 양의 동일한 제품을 생산하는 데 적합합니다
이 개발에서, 촉매를 고정시켜 흐름 방법을 사용한 연속 수소 생산이 가능해졌다[참조로 돌아 가기]

실시간 바카라산 (HCO₂H)

가장 간단한 카르 복실 산이며 메탄올을 일산화탄소와 반응하여 제조합니다 염색 보조, 가소제, 응고제, 도금, 살충제 및 기타 용매로 사용됩니다 일본에서는 수용액의 실시간 바카라산의 양이 90%미만인 경우 대조군 법에 규정 된 독과 해로운 물질에 속하지 않습니다 또한, 수용액의 실시간 바카라산의 양이 78%미만인 경우 소방 서비스 법에 규정 된 위험한 재료의 범주에 속하지 않습니다

HCO₂H → H₂+ CO₂(1) 탈수 형성 반응 (데카르 복 실화 반응)
HCO₂H → H₂O + CO (2) 탈수 반응

이전에, 데 카르 복 실화 반응을 선택적으로 반응하기가 어려웠으므로, 일산화탄소 (CO)는 실시간 바카라 산 분해에 의해 생성 된 가스에 함유되었다[참조로 돌아 가기]

폴리 에틸렌 니민

아민 (-NH-) 및 에틸렌 (-CH₂ch₂-)로 구성된 구조가 있습니다 그것은 종종 수용성이며, 중합체 킬레이트 제입니다, Co₂컬렉터, 부가, 형질 감염 시약 등으로 사용됩니다 종이, 천, OPP 및 PET 필름에 적층 앵커링 제에 사용됩니다 중금 도금 첨가제, 금속 도금 첨가제, 소화기를위한 폼 유지제, 고도화 효소, 접착제, 수분 개선, 그리고 부적절한 수분 개선, 그리고 부적절한 adhesives 좋다 이 발달에서, 분지 된 폴리 에틸렌 이민이 사용된다 폴리 에틸렌 이민은 중합체 내로의 기본 성 및 선택적 흡수를 특징으로한다 이 기능을 사용하여, 개발되지 않은 고정화 된 촉매의 G 당 약 7 g (약 015 mol)의 실시간 바카라산을 선택적으로 흡수하여 효율적인 수소 생산을 가능하게하는 것이 가능하다[참조로 돌아 가기]

폴리 에틸렌 이민의 구조적 예 (왼쪽 : 직선 체인 유형, 오른쪽 : 분기 유형)

Iridium complex 촉매

유기 금속 복합체의 유형이며, 이리 디움의 산화 상태와 리간드의 조합에 기초한 많은 유형이있다 이리 디움 복합체뿐만 아니라 유기 금속 복합체는 촉매 특성을 포함한 다양한 특성을 나타내며 널리 연구되는 것으로 알려져있다 이 개발에 사용 된 균질 한 (Iridium) 복합체 촉매는 아래에 표시된 이리듐 복합체를 보여줍니다[참조로 돌아 가기]

이 개발에 사용 된 이리듐 복합 촉매

수소 캐리어

수소는 경상 가스이며 운반 및 저장에는 비효율적이므로 운송 및 보관을 위해 액체 또는 수 소화물로 변환하는 방법이 고려되고 있습니다 이 시점에서 액체 수소 및 수소는 수소 운반체를 수소를 저장하고 수송하기위한 배지로 지칭한다 일본에서는 주로 3 개의 수소 운반체 (액체 수소, 암모니아 및 메틸 사이클로 헥산을 사용하여 수소 운송, 저장 및 제조에 대한 기술 개발이 진행 중입니다[참조로 돌아 가기]

배치 타입

배치 유형은 특정 양의 원료를 한 번에 반응기에 부어 반응을 일정 시간에 수행 한 다음 제품을 회수하는 방법입니다 그것은 종종 하나의 반응기에서 수행되며, 다양한 제품이 소량으로 합성되는 경우 또는 제조 공정이 복잡하고 빈번한 변화가 필요한 경우에 적합합니다 반 배치 유형은 배치 유형과 유사한 방법으로, 일부 원료가 반응기에 배치되는 반면, 원료는 반응이 진행됨에 따라 단계적으로 배치되거나 연속적으로 배치되며 생성물은 단계적으로 또는 연속적으로 꺼집니다
균질 한 촉매를 사용할 때이 개발에 대한 해결책으로서 배치 또는 반 배치 형식으로 수소 생산을 수행해야했습니다 그러나, 실시간 바카라산이 수소로 전환되기 때문에, 수성 실시간 바카라산 용액을 지속적으로 첨가해야하며, 연속적인 연속 첨가를 지속적으로 첨가하면 수성 실시간 바카라산 용액에 물의 축적이 발생하여 반응 용기가 오버플로를 유발한다[참조로 돌아 가기]

Ligand

이리듐 복합체 촉매를 예로 들어, 리간드는 이리듐 이온을 둘러싼 화합물 (분자)을 지칭한다 이 기술 개발의 리간드는 비 피리딘을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

소프트 폴리머 연료 전지

수소가 산화되고 물로 전환 될 때 전기로 화학 에너지를 얻는 장치는 총체적으로 연료 전지라고 불립니다 사용 된 전해질의 유형에 따라, 알칼리성 연료 전지 (AFC), 인산 연료 전지 (PAFC), 고체 산화물 연료 전지 (SOFC), 고체 중합체 연료 전지 (PEFC), 용융 탄산염 연료 전지 (MCFC)가있다 이 개발을위한 발전 테스트에 사용 된 연료 전지는 PEFC (일본 자동차 리서치 연구소, 일반적인 설립 재단에 의해 제조 된 표준 세포)였으며, 실시간 바카라 산으로부터 생산 된 정제되지 않은 수소 (50% 수소, 50% 이산화탄소)를 사용했으며 측정 고환 전용 연료 전지 평가 장치가 사용되었다[참조로 돌아 가기]