高温ガス炉熱利用技術および熱化学水素製造法ISプロセスの開発状況

久保 真治

触媒, 67(2), p.71 - 77, 2025/04

高温ガス炉は、炉心溶融しない設計が可能など優れた安全性を有する次世代の革新炉である。高温ガス炉で発生可能な熱・蒸気・電気などを水素製造プロセスのエネルギー源として利用することができる。本稿では、高温ガス炉の構造とその安全性の概要、試験炉HTTRを高温熱源として活用する水素製造実証計画の概要、将来的に高温ガス炉に接続する水素製造法の評価に係る取り組み及び原子力機構における熱化学水素製造法ISプロセスの研究開発状況と反応器用触媒について解説する。

Project plan of HTTR heat application test facility; Safety design and Safety analysis

青木 健; 長谷川 武史; 倉林 薫; 野本 恭信; 清水 厚志; 佐藤 博之; 坂場 成昭

Proceedings of 11th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2024), 6 Pages, 2024/10

原子力機構はHTTR(高温工学試験研究炉)及び水素製造施設を接続するHTTR-熱利用試験を計画している。本研究は、HTTR-熱利用試験施設の安全設計及び安全解析の成果を報告する。安全設計では、期待する安全機能に基づき構築物・系統及び機器の安全重要度分類を定めた。予備安全解析では、RELAP5コードを用いた熱流動解析を行った。予備安全解析は、蒸気発生器の伝熱管破損を除くHTTR-熱利用試験で新たに想定される事象が既設のHTTRの許認可ベース事象に包絡されること、並びに、新たな許認可ベース事象の候補は安全解析の判断基準を満足することを明らかにした。

高温ガス炉と水素製造施設の接続技術開発; HTTR-熱利用試験計画

石井 克典; 守田 圭介; 野口 弘喜; 青木 健; 水田 直紀; 長谷川 武史; 永塚 健太郎; 野本 恭信; 清水 厚志; 飯垣 和彦; et al.

第27回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2023/09

https://doi.org/10.1299/jsmepes.2023.27.A242

JAEA initiated the HTTR heat application test project coupling a hydrogen production facility to the HTTR (high temperature engineering test reactor). The project aims to establish "coupling technologies" between HTGR and hydrogen production achieving large-scale, stable and economically competitive carbon-free hydrogen production using the HTGR heat. Important considerations towards establishment of coupling technologies are development of system technologies for HTGR hydrogen production systems and components required for coupling between two facilities. This paper explains a system concept of the HTTR heat application system which can maintain safe and stable operation of the HTTR against temperature transients induced by abnormal events in a hydrogen production plant with the results of operational scheme as well as heat and mass balance of the system. Development plans for hot gas duct, high temperature isolation valves and helium gas circulators are also presented.

高温ガス炉を熱源とする水素製造技術開発の現状と展望

久保 真治

水素エネルギーシステム, 48(2), p.126 - 132, 2023/06

高温ガス炉は、安全性に優れる次世代の革新炉である。高温ガス炉より熱・蒸気・電気などを発生させ、これらを水素製造プロセスに与えることによって、水やメタンなどの原料から水素に製造することができる。高温ガス炉を用いた水素製造法として、メタンの水蒸気改質法や高温水蒸気電解法や水の熱分解法が挙げられる。本報では、水素製造のエネルギー源となる高温ガス炉および水素製造技術の概要、原子力機構における高温ガス炉および水素製造法の研究開発の現状と展望について解説する。

Study of an HTGR-renewable hybrid system for grid resilience

佐藤 博之; Yan, X.

Proceedings of 4th International Conference on Generation IV and Small Reactors (G4SR-4), 7 Pages, 2022/10

This paper presents a high temperature gas-cooled reactor (HTGR)-renewable hybrid system based on the GTHTR300C, a Generation IV commercial HTGR electricity and hydrogen cogeneration system designed by JAEA. The system is designed such that it is capable of providing electric grid stability by compensating the characteristic effects of intermittent and perturbating performance of the renewable energy power generation. In particular, the system is shown, through a new design proposal, to enable grid resilience by enacting emergency power supply from using such unique features of the system as being able to rapidly modulate helium inventory and charging/discharging massive thermal capacity core of the reactor. The paper describes simulation result that demonstrate the technical feasibility and operational performance of the system.

HTTR-熱利用試験専門委員会資料集

青木 健; 清水 厚志; 飯垣 和彦; 沖田 将一朗; 長谷川 武史; 水田 直紀; 佐藤 博之; 坂場 成昭

JAEA-Review 2022-016, 193 Pages, 2022/08

JAEA-Review-2022-016.pdf:42.06MB

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉による大量かつ安価なカーボンフリー水素製造技術の実用化を目指し、世界最高の原子炉出口冷却材温度950Cを記録した高温工学試験研究炉(HTTR)を用いて水素製造を行うHTTR-熱利用試験を計画している。HTTR-熱利用試験では、原子力規制委員会からの設置許可取得を通じて、高温ガス炉と水素製造施設の接続に関し、高い安全性を実現する安全設計を確立することが求められている。しかしながら、これまでに原子炉に水素製造施設を接続した例は世界にまだなく、我が国唯一の高温ガス炉であるHTTRを含め、既存の原子力施設を対象とした安全設計ではこのようなシステムを想定していない。そこで、高温ガス炉研究開発センターの下に設置した「HTTR-熱利用試験専門委員会」では、原子力規制委員会による新規制基準への適合性審査に合格したHTTR安全設計をベースに、施設の変更や水素製造施設の接続に伴い安全設計上新たに考慮すべき事象に対する対策を考慮し、HTTR-熱利用試験施設の安全設計案の検討を行った。本稿は、HTTR-熱利用試験専門委員会の技術報告資料や委員コメントとその回答、議事録を取りまとめた。

第5章 熱化学水素)、3 膜分離新ISプロセス

久保 真治

水素エネルギー利用拡大に向けた最新技術動向, p.88 - 101, 2021/12

熱化学水素製造法ISプロセスを太陽集熱で得られる650C以下の熱エネルギーで駆動させるためには、膜反応器技術などを用いて反応を促進する必要がある。膜分離新ISプロセスはプロセスを構成する3反応(硫酸分解反応,HI分解反応,ブンゼン反応)反応の全てに分離膜技術を適用する方法である。本報は、ISプロセスの反応構成、SO分解反応(O生成)への膜分離技術の適用、ヨウ化水素分解(Hの生成)への膜分離技術の適用、ブンゼン反応(HSOとHIの生成)への膜分離技術の適用、集光集熱設備および膜分離新ISプロセスのプラントの全体システム検討における研究開発成果について解説したものである。

最先端の研究開発,日本原子力研究開発機構,5; 高温ガス炉システムの実用化をめざして

峯尾 英章; 西原 哲夫; 大橋 弘史; 後藤 実; 佐藤 博之; 竹上 弘彰

日本原子力学会誌ATOMO, 62(9), p.504 - 508, 2020/09

https://doi.org/10.3327/jaesjb.62.9_504

高温ガス炉は、ヘリウムガス冷却,黒鉛減速の熱中性子炉で、優れた固有の安全性を有しており、発電のみならず、水素製造などの多様な熱利用に用いることができる。このため、我が国のみならず、海外においても温室効果ガス削減に有効な技術として期待されている。本稿では、ガスタービン発電や水素製造などの熱利用施設と高温ガス炉で構成される高温ガス炉システムの実用化に向け、原子力機構が取り組んでいる技術開発の最前線を紹介する。

膜技術と水素社会; 膜分離新ISプロセス技術の開発

稲垣 嘉之; 坂場 成昭; 田中 伸幸; 野村 幹弘*; 澤田 真一*; 八巻 徹也*

日本海水学会誌, 73(4), p.194 - 202, 2019/08

熱化学法ISプロセスは、水の熱分解により水素を大量、安定、かつ、高効率で製造できる有望な技術である。水素製造効率の向上、太陽熱の適用などを目指して、ISプロセスに膜反応技術を適用するための研究開発を行った。ヨウ化水素及び硫酸の分解反応に適用するセラミックス分離膜の要素技術を開発したことにより、各反応における分解効率の大幅な向上が可能である。ブンゼン反応に適用するカチオン交換膜の要素技術を開発したことにより、ヨウ素量を従来法に比べて1/5程度に低減可能である。これらの成果は、ISプロセスの実用化を行う上で重要な技術である。

太陽熱を用いた水の熱分解水素製造技術の開発

稲垣 嘉之; 坂場 成昭

触媒, 61(2), p.92 - 96, 2019/04

約650Cの太陽熱を利用して、水の熱分解で水素を製造する膜分離新ISプロセスについて紹介する。ISプロセスを構成する3つの反応に膜技術を適用して、反応温度の低温化、循環物質の低減などを図るため、触媒,分離膜,耐食材料などの要素技術を開発した。太陽熱を用いた研究開発は、内閣府戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)「エネルギーキャリア」の委託研究課題「熱利用水素製造」において実施された。