アンモニア電気分解による水素製造について

摘要

近年、使用されているエネルギーの約8割が化石燃料と原子力によって支えられているが、これらのエネルギーは地球温暖化や核廃棄物処理などの深刻な環境問題がつきまとう。一方、このようなエネルギーに代わり再生可能エネルギーやクリーンエネルギーの開発も進められている。再生可能エネルギーには太陽光、風力、地熱等様々なものがあるが、エネルギーを得る地域が限定されるために都市部へのエネルギー輸送が重要な因子となってくる。そのような中、水素をエネルギーの輸送媒体とした研究が注目されている。水素は化石燃料、非化石燃料を問わず、さまざまな一次エネルギーから製造できるだけでなく、再生可能エネルギーからも製造できるため、水素をエネルギー媒体に使用することで化石燃料が枯渇しても非化石燃料ヘスムーズに移行できる。水素の輸送媒体には様々な形があるが、物理的な方法では、水素を合金内へ取り込み貯蔵することができる水素吸蔵合金を用いたものがある。また、化学的な方法としては水素を分子の状態から原子の状態にして他の原子（無機系·有機系）の仲立ちにより高密度かつ、安全に貯蔵することができる方法がある。昨今の自動車用あるいはモバイル用燃料電池の開発に伴ってメタノールが燃料媒体として注目を浴びているが、炭素を含むメタノールではCO2排出量の観点からはさほどメリットはない。このような中、当研究室ではCO2排出量や水素密度などの観点から窒素と水素からなるアンモニアを燃料媒体として使用すべきであると考えている。これまでにアンモニアは、種々の工業製品の原料や農産物用肥料として全世界で年間1億2千万トン、日本だけでも150万トン以上が生産されており、その扱い方法や貯蔵·輸送媒体としてのノウハウは構築されている。さらに、冷凍装置の冷媒であるフロンの代替物としての利用や、火力発電所などの脱硝装置用還元剤としての利用も増えており、アンモニアは既に社会的な流通経路が確立されているといえる。アンモニア製造で最もよく用いられている方法としては、図1に示すような「ハーバー·ボッシュ法」が有名であり、Johnson Matthey Co.Ltd，など多くの企業でプラント化されている。