アンモニアからグリーン水素を抽出するコア技術の開発

アンモニアからグリーン水素を抽出する核心技術が、韓国の研究チームによって開発された。

韓国エネルギー技術研究院·水素研究団の鄭雲鎬(チョン·ウンホ)博士の研究グループは、韓国初のアンモニアを原料とする水素生産用加圧型アンモニア分解反応器の核心技術の開発に成功した。

研究陣が開発したアンモニア分解反応器は、バーナーを中心にドーナツ型の金属構造体触媒が満たされた8つの反応器チューブに熱が加えられ、アンモニアは触媒を経て水素と窒素に分解される。 この時、各反応機に同量のアンモニアを供給し、温度を維持することが重要だ。

研究グループは独自設計したアンモニア分配器を利用して、各反応器にアンモニアを均一に供給し、バーナーと反応器の間隔と位置など多様な変数に対する実験を通じて、アンモニアが分解できる最適の条件を導き出した。 これと共に、反応を通じて分解された高温の分解ガスは、熱交換させて原料のアンモニアを予熱するのに再び利用し、分解効率を向上させた。

水素研究団の具基永(ク·ギヨン)博士は、沈殿法を基盤に液状に含まれた金属構造体の表面にナノ触媒を直接コーティングする技術を開発した。 アンモニア分解性能は維持しながら、高価な貴金属使用量を常用触媒比110水準に削減した金属構造体触媒技術を国産化した。

アンモニア分解反応のように熱供給が必要な反応は、熱伝達特性に優れた金属構造体触媒を使用した方が良いが、コーティングされた触媒が脱落する剥離現象が障害だった。 研究陣は独自に開発したコーティング技術を適用し、金属構造体の表面に触媒を均一かつ薄くコーティングすることで剥離現象を抑制すると同時に触媒使用量を画期的に減らした。

2018年から3年間の研究で開発したアンモニア分解用触媒反応器は触媒、反応器、熱交換器、運転条件などを最適化することにより90%以上のアンモニア分解効率を達成し、100時間運転によるそれぞれの構成要素の安定性検証も完了した。

アンモニア産水素は今後水素充電所から水素電気自動車に供給することが可能となる。 これを検証するため、アンモニアで水素を生産する3段階の工程を経た高純度水素を、現代自動車(共同研究機関)の水素電気自動車「ネクソ」のスタックに供給し、50時間、20キロワットの電力が安定的に生産されていることを確認した。

研究責任者のチョン·ウンホ博士は「今回開発した高効率アンモニア分解触媒反応器技術を通じてグリーン水素を大量生産できることを確認し、これは今後海外からアンモニア形態で清浄水素輸入時に開発した技術で、経済的な水素を供給できることを意味する、特にアンモニア水素キャリアは韓国だけでなく日本、オーストラリア、ヨーロッパなど世界的に大きな関心を持っており、大容量実証さえ完了すれば国内技術の海外進出も可能になる」と述べた。

研究グループはアンモニア基盤の清浄水素産業の活性化や今後、大量のアンモニア輸入を考慮し、1000Nm3/h(約90kg/h)級の大容量反応器の開発を準備している。

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