混合導電体セラミックス膜を用いる高温での酸素分離

摘要

酸素は大気中に体積比としておよそ20.8％含まれ，海洋中ももちろh，地殻中には酸化物，ケイ酸塩などとして広く存在し，我々人間のみならず，地球上のすべての動植物にとってなくてはならない存在であり，また生命の源でもある。さらに，我々の産業や工業などの生産活動においても不可欠であり，応用範囲は鉄鋼などの工業的分野全般，医療分野，バイオ分野など幅広い。工業分野で新しい酸素富化技術が特に望まれている分野の一つは鉄鋼業である。 製鋼の際の加熱炉において酸素富化空気を用いると，省エネルギー効果や鉄鋼の収率向上が期待されている。転炉の一部や平炉の吹き込み空気の成分調製において窒素富化空気が必要であり，酸素富化によって副次的に生じる窒素富化空気の応用も考えられる。また，この窒素富化空気の応用としては，ジェット機におけるライフシステムへの酸素富化空気の利用と燃料タンクにおける窒素富化空気の利用などはその理想的な利用法と言えるであろう。さらに，酸素富化空気を用いた燃焼（23～28％程度の酸素富化空気が有利であるとされている）は，燃料の節約と排ガスの減少といった省エネルギー，環境問題への貢献の複合効果が期待されている。酸素の分離方法としては図1に示すように大きく深冷分離法，吸着法，膜分離法，磁気分離法に分けられる。 さらに吸着法は圧力スイング（PSA）及び温度スイング（TSA），膜分離法は有機·高分子脱法と無様膜法とに細分される。 既存の大規模酸素製造としては深冷分離法や圧力スイング吸着法といった技術が最も多く応用されているが，上述したような理由から今後益々簡便かつ安価に酸素を空気から分離する工業的な技術開発が求められてくることが予想される。 そこで近年着目されているのが固体電解質や混合導電体赦密膜を用いる無機脱法である。 以下では，特に混合導電体セラミックス膜を用いた酸素分離を中心としてその技術的背景から最近の結果について解説する。