アンモニアを水素にスムーズに変換する新技術

(New technique seamlessly converts ammonia to green hydrogen)

2020/11/18 ｱﾒﾘｶ合衆国・ノースウェスタン大学

・ ノースウェスタン大学が、再生可能エネルギーを利用してアンモニアを水素に変換する極めて効果的で環境に優しい電気化学技術を開発。
・ アンモニアは水素よりも液化しやすく、より容易に貯蔵・輸送できるため、水素供給のキャリアとして利用するアイデアが近年注目されている。今回の技術ブレイクスルーは、アンモニアからのクリーンな水素製造におけるいくつかの障壁を克服するもの。
・ アンモニアには広範囲なパイプラインが整備されており、肥料用途に世界中に供給されている。新技術は、燃料電池ですぐに使用できるクリーンな水素へとアンモニアをオンサイトで多様な規模で変換できるようにする。
・ プロトン伝導性メンブレンを含む電気化学セルにアンモニアを分解する触媒を統合した新技術のデバイスは、従来技術の 500～600℃に比べて大幅に低温度の 250℃でアンモニアを水素に変換するため、再生可能エネルギーの電力を使用できる。
・ また、同技術で生成する水素は高純度のため、未反応のアンモニア等からの分離が不要。さらに、全電力を水素生成に無駄なく直接利用できる。しかも、高純度の水素は、電力を増量するだけで高密度貯蔵用に直接圧縮できる。
・ 同セルデバイスでは、触媒によりアンモニアが窒素と水素に分解され、水素は直ちにプロトンに変換されてプロトン伝導性メンブレンを移動。ルシャトリエの原理に従い、水素を連続して引き出すことで反応がさらに進む。
・ 米国環境保護庁(EPA)によれば、米国では 2018 年の温暖化ガス排出量の 28%が自動車、トラック、船舶、航空機での人や物品の移動によるものであることから、新技術は特に輸送部門に変革をもたらすものと考える。
・ オンサイトで分散的にアンモニアを水素に変換できれば、水素ステーションで燃料電池車に圧縮水素を充填できるようになる。また、電池には重さがあるため、航空産業では燃料電池への関心が高まっている。
・ 次のステップでは、環境により優しいアンモニア製造方法を探求する。
・ 本研究は、米国エネルギー高等研究計画局(ARPA-E)、米国エネルギー省(DOE)および米国立科学財団(NSF)が支援した。
URL: https://news.northwestern.edu/stories/2020/11/ammonia-to-green-hydrogen/

＜NEDO海外技術情報より＞

（関連情報)

Joule 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Solid Acid Electrochemical Cell for the Production of Hydrogen from Ammonia
URL:
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30495-
5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS25424351203049
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Abstract

Production of high-purity hydrogen by thermal-electrochemical decomposition of ammonia at an intermediate temperature of 250°C is demonstrated. The process is enabled by use of a solid-acid-based electrochemical cell (SAEC) in combination with a bilayered anode, comprising a thermal-cracking catalyst layer and a hydrogen electrooxidation catalyst layer. Cs-promoted Ru on carbon nanotubes (Ru/CNT) serves as the thermal decomposition catalyst, and Pt on carbon black mixed with CsH ₂PO ₄ is used to catalyze hydrogen electrooxidation. Cells were operated at 250°C with humidified dilute ammonia supplied to the anode and humidified hydrogen supplied to the counter electrode. A current density of 435 mA/cm ² was achieved at a potential of 0.4 V and ammonia flow rate of 30 sccm. With a demonstrated faradic efficiency for hydrogen production of 100%, the process yields hydrogen at a rate of 1.48 molH2/gcathmolH2/gcath.