高温・高圧反応可能、プラントを劇的に小型化
2020-08-14 富山大学,科学技術振興機
富山大学 学術研究部工学系 椿 範立 教授らは、レーザー加工と３Ｄプリンターを用いて、高温・高圧の過酷な条件下でも使用可能な「自己触媒機能付き金属触媒反応器」の作製に世界で初めて成功しました。
多くの化学工業プラントには多量の担持触媒を充填した高温・高圧型の大型反応器が用いられていますが、触媒・設備の低コスト化、小型化、省エネルギー化に向けて、反応プロセスや設備の革新が求められています。椿教授が率いる研究グループは、レーザー溶融噴射技術を用いた高融点金属の３Ｄプリント技術を活用し、精密にコントロールされた微細構造を有する金属反応器の作製に成功しました。次いで、内面を化学処理することにより微細金属表面に触媒機能を付与し、「自己触媒機能付き金属触媒反応器」の創出に至りました。この反応器は、従来の触媒反応器と同様、高温・高圧条件下でも使用可能です。
この技術を用いると、反応管内にかさ高い担持触媒を充填する必要がなくなり、多くの触媒反応器を小型化でき、設備投資・触媒コストの低減につながります。さらに、プラント自体を劇的にコンパクト化することで、従来技術ではスペース的に難しかった洋上生産・車両・船舶上での生産にも展開できます。
応用反応例として、二酸化炭素の水素化から液体炭化水素燃料の合成、メタンと二酸化炭素の改質反応などの高温・高圧条件下での反応において、高い活性と長い触媒寿命を実証しました。また、日本が世界をリードしている海底メタンハイドレートの利用において、洋上液体合成燃料の高速生産を含め、幅広い応用範囲が期待できます。なお、本技術は富山大学らによって特許出願されました（出願番号：特願２０２０－９３３２０）。
本研究は、物質・材料研究機構（ＮＩＭＳ） 彭 小波 研究員、富山大学 楊 国輝 准教授と共同で行ったものです。
本研究成果は、２０２０年８月１４日（英国時間）に英国科学誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」のオンライン速報版で公開されます。
本研究成果は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 未来社会創造事業 探索加速型「地球規模課題である低炭素社会の実現」領域（運営総括：橋本 和仁）の研究開発課題「二酸化炭素からの新しいＧａｓ－ｔｏ－Ｌｉｑｕｉｄ触媒技術（研究開発代表者：椿 範立）」の一環として行われました。
＜論文タイトル＞
- “Metal 3D Printing Technology for Functional Integration of Catalytic System”
（触媒システムの機能集積を実現する金属３Ｄプリント技術）
- ＤＯＩ：10.1038/s41467-020-17941-8
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
椿 範立（ツバキ ノリタツ）
富山大学 学術研究部工学系 教授
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
大矢 克（オオヤ マサル）
科学技術振興機構 未来創造研究開発推進部
＜報道担当＞
富山大学 総務部 総務・広報課
科学技術振興機構 広報課
