image: CuOx/3A2S selectively produces N2 and H2O from NH3 through a two-step reaction. view more
Credit: Dr. Satoshi Hinokuma
地球温暖化への対策や再生可能エネルギー高度利用社会への移行は、先進諸国に共通する最重要課題であり、水素(H2)をエネルギー源とする技術基盤の構築が推進されています。H2はクリーンな二次エネルギーの第一候補ですが、液化が困難であるため、水素を多量に含む水素化合物にして貯蔵･輸送し易くする「液体キャリア」への変換が必須となります。中でも大規模製造が可能なアンモニア(NH3)は、H2密度が高い上、液化が容易であることから液体キャリアとして有望です。
一方、NH3はカーボンフリーな石油代替燃料としても近年注目されています。NH3は可燃性ガスで、ガソリンや軽油等の代替燃料として火力発電や工業炉等で広く利用できます。しかし、NH3は燃え難く、燃やしたときに有害な窒素酸化物(NOx)を生成する恐れがあるという欠点があります。
熊本大学の研究者らは、NH3燃料の問題を解決する『触媒燃焼法』について研究を進めています。これは燃料などを燃焼処理する際に化学反応を促進したり抑制したりする物質を触媒として加える手法で、今回、NH3燃焼性を向上させ、NOxの生成を抑える新しい触媒の開発に成功しました。新規触媒は、ムライト型結晶構造体3Al2O3·2SiO2 (3A2S)に酸化銅(CuOx)を担持したもの（CuOx/3A2S）です。この新規触媒を使用してNH3を燃焼させたところ、高活性かつN2を選択的に生成（NOxの生成を抑制）し、また、触媒自体は高温下でも変質しないことが明らかになりました。加えて、CuOx/3A2Sの反応中のその場観察（Operando観察）に成功し、NH3触媒燃焼反応機構も明らかにしました。
3A2Sは市販もされている一般的な材料で、CuOxも工業的にも広く用いられている手法（湿式含浸法）によって担持することができるため、簡易かつ低コストで触媒を製造することができます。開発した燃焼触媒を用いることにより、NH3燃料から『燃焼熱生成』や、その熱を利用した『NH3分解H2製造』を促進することが可能になるだけでなく、有害ガスとしての『NH3酸化浄化』にも応用できます。
研究を主導した日隈聡士助教は次のようにコメントしています。
「本成果は、CO2を排出しない地球温暖化対策と再生可能エネルギー高度利用社会構築に貢献するもので、今後はより実用に近い条件で研究開発を行う予定です。」
本研究成果は、科学ジャーナル「Journal of Catalysis」に平成30年3月26日に掲載されました。
[Source]
Hinokuma, S., Kiritoshi, S., Kawabata, Y., Araki, K., Matsuki, S., Sato, T., & Machida, M. (2018). Catalytic ammonia combustion properties and operando characterization of copper oxides supported on aluminum silicates and silicon oxides. Journal of Catalysis, 361, 267–277. doi:10.1016/j.jcat.2018.03.008
###
Journal
Journal of Catalysis