マイクロリアクターを用いたメタノールの水蒸気改質による水素製造

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  • Hydrogen Production by Methanol Steam Reforming Using Microreactor

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抄録

小型電子機器のための新しい電源として期待されている小型の固体高分子形燃料電池（PEFC）のために，微小流路（マイクロチャンネル）上で反応が進行するマイクロリアクターを用いた水素製造触媒システムが注目されている。マイクロリアクターは，反応器の体積あたりの表面積が大きいために，伝熱効果が大きいことが特徴であるが，同時に放熱性も高くなることから，従来の反応器と比較して熱の有効利用が特に重要となる。このことから，300 ℃以下の低温で水素製造が可能なメタノールの水蒸気改質のために，最適化した条件で高性能なCu/ZnO/Al2O3触媒が調製された。つぎに，このCu/ZnO/Al2O3触媒をマイクロチャンネル壁面にプレート化したマイクロリアクターを設計するために，1次元モデルに基づいてチャンネル幅や深さを仮定した物質・熱収支式の解析結果からチャンネルの長さが決定された。そして，シリコンとガラス基板からなるマイクロリアクターが，マイクロ加工技術によって製作された。この高性能触媒を備えたマイクロリアクターを用いたメタノール改質によって，PEFCから1 Wの電力を得るために必要かつ十分な水素生成速度を達成した。さらに，マイクロリアクター型メタノール改質器に加えて，メタノール水溶液の蒸発部，改質ガス中のCOをPt系触媒上で選択酸化反応によって低濃度化するためのCO除去部，および熱源となる触媒燃焼部とそのための燃料の蒸発部を組み合わせて，集積化した。このマイクロリアクターシステムの利用によって，2.5 WクラスのPEFCを駆動するために十分な水素量が得られることを確認した。

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