Demonstration of high-efficiency technologies for thermochemical water-splitting hydrogen production IS process

上地 優; 田中 伸幸 ; 杉本 千紘 ; Myagmarjav, O. ; 竹上 弘彰 

Kamiji, Yu; Tanaka, Nobuyuki; Sugimoto, Chihiro; Myagmarjav, O.; Takegami, Hiroaki

ISプロセスは、化学反応を用いて水を熱分解し水素を生成する方法であり、高温ガス炉の核熱を熱源とすることで、大規模な炭素フリー水素生産が期待される。本発表では、ISプロセス連続水素製造試験設備を用いたプロセス効率の向上の検証結果について報告する。ISプロセスにおいて水素を生成するHI分解反応工程では、HIガスの供給が必要である。このHIガスは、ブンゼン反応工程から供給されるHI、I、HOを含むHIx溶液を蒸留することで生成されるが、蒸留には大量の熱を要する。本設備では、供給されるHIx溶液を電解電気透析(EED)により事前に濃縮することで所要熱量の削減を図るプロセスを採用している。EEDは、陽イオン交換膜を介したヨウ素の酸化還元反応により溶液を濃縮する電気膜法であり、EEDスタックに供給されるHIx溶液は濃縮され、カソード液として得られる。効率的な濃縮のためには、カソード液の流量に対してアノード液の流量を増加させることが有効であるが、アノード側とカソード側の流量差により圧力差が生じる。この圧力差はイオン交換膜の変形や損傷を引き起こすため、抑制する必要がある。この問題を克服するため、複数のスタックを組み合わせた構成を検討した。すなわち、カソード液は各スタック間で直列に、アノード液はスタック間を並列に流れる構成とし、圧力差を抑制しつつ、アノード側の流量を増加させることで濃縮効率の向上を狙った。この構成の有効性を確認するため、連続水素製造試験設備に2つのEEDスタックを設置し有効性を試験的に確認した。その結果、単一スタックを使用する場合と比較して、タンデム接続されたEEDスタックを使用することで濃縮に必要な電力を削減できることを確認し、プロセス効率向上の可能性を示した。

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