水素を液体化して貯蔵・輸送する技術 54
ストーリー by hylom
新たな「燃える水」 部門より
新たな「燃える水」 部門より
774THz 曰く、
水素を液体化し、体積を500分の1にして貯蔵・輸送する技術が紹介されている。（日本経済新聞、化学工学会の記事[PDF]）。
紹介されているのはSPERA水素という名前で商標登録されている千代田化工建設の技術で、有機溶剤のトルエンと水素を反応させてメチルシクロヘキサン（MCH）という溶媒にして貯蔵・輸送するもの。
低コストでメチルシクロヘキサンから水素を取り出すことの出来る触媒の開発によって実用化に近づいたとのことである。貯蔵・輸送に高圧・低温等の環境は不要で、従来の石油系のサプライチェーンの技術を利用できるらしい。
なお、同じメチルシクロヘキサンを用いた風力発電機利用水素発電システム受注に関するプレスリリースも日立から出ている。
電池と思ってください (スコア:5, 参考になる)
この手の水素貯蔵技術は，「装置はでかくなるけど，エネルギー密度が非常に高い二次電池」だと思ってください．それでいくつかの誤解はなくなると思います．
・他の手段で水素を発生させないといけないんだから意味なくね？ → 電池に発電所がいるのと同じです．
・まとめて燃やした方が良くね？ → 貯蔵母材を燃やしちゃうと，また作るのに膨大なエネルギーが無駄になるので……
どういうことかというと，「何らかの手段」(*)で発生させたエネルギーを，水素（などの化学エネルギー）の形で保管しておくと，通常の蓄電池なんぞよりもっと高エネルギー密度でのエネルギーの保存・輸送が出来るよね，というものです．
(*)水素の発生手段として何を使うのかはまた別の検討課題であり，要開発．
例えば良く言われるのが，「太陽光発電とか変動が大きすぎて安定じゃない．巨大な蓄電池と組み合わせるのはコスト的・スペース的に割に合わない」というのに対し，「安価な電力からの水素発生＆貯蔵手段」があれば，不安定な発電手段で電力を生成 → とりあえず水素（高エネルギー密度の物体）として貯蔵（＆場合によっては輸送） → 必要な時に電力に戻して使用，という事が可能になるよ，と．
#最終的にこのサイクルがペイできるかどうかは今後の発展次第なんで不透明．
Re: (スコア:0)
エネルギー密度って本当に高いのでしょうか？
ざっくり８００ｋｇのシクロヘキサンから５０ｋｇの水素を取り出すって感じみたいですが…
燃料電池車とかには使えそうもないですよね？
Re:電池と思ってください (スコア:5, 参考になる)
装置のサイズを考えずに水素吸蔵密度だけで考えれば使えると思いますよ．
現実的には，装置がでかいんで車載は（現時点では）難しいかと思いますが．
挙げられているシクロヘキサンでしたら，800 kgだと体積でざっくり1000 L．ここから50 kgの水素が出てくると言うことは，水素の貯蔵密度で言えば50 g/Lになります．重量密度なら60 g/kgぐらいな感じですね．
これに対し，例えば既存の高圧水素タンクですと，70 MPa（700気圧）のタンクでの水素貯蔵量はおおよそ25 g/L，重量密度なら35 g/kgぐらいになります．
水素吸蔵合金ですと，理論値などは結構行くんですが，現実的な値としては3 wt%前後，30 g/kgぐらいの重量密度になっちゃいます．もっともこちらは重いけれど体積あたりの密度は結構高く出来て，100 g/Lぐらいは吸蔵できたりします．
だからまあ量としては，
・水素ボンベとして圧縮水素を詰め込む場合の倍ぐらい詰め込める．
・水素吸蔵合金と比べると体積あたりの密度は5-7割ぐらいになってしまうが，重量あたりなら倍ぐらい積める．あと（原材料は）安い．
という感じですかね．
エネルギーで言うと，出てきた水素の燃焼熱で考えると5-7 MJ/Lぐらいになります．
現段階だと，燃料電池として電力で取り出せるのは確かこの半分強ぐらい．となると3 MJ/L程度．
リチウムイオン電池ですと，確か体積エネルギー密度は2 MJ/L弱ぐらいだったと思いますので，その1.5倍ぐらいの電力は取り出せるんじゃないかと．部材は安い（予定）という強みも謳ってますが，まあこちらは実際に出てきてみないとわからないところもあるんで保留．
#リチウムイオン電池は，多量に必要な電極材料にレアメタルを使うところで高い．
#それに対し，水素吸蔵側は白金などの触媒の使用量をどこまで減らせるか，が重要．
Re: (スコア:0)
仰せのとおりの水素の電池ですね
やや特殊な事例ですが廃熱利用のために保温ジェル（？）みたいなものに吸熱させて、タンクローリーで運んだ先で放熱させる熱の電池（？）が実用になってるんだから、用途によっては水素の電池もありでしょう
どこまで実用になるかは、他のエネルギー蓄積・輸送手段との競争の結果で決まるとしか言いようがないですね
Re:電池と思ってください (スコア:2, すばらしい洞察)
抽出設備がでかすぎるので、車載にするのは無理です。これは産地から日本のコンビナート、あるいは近所の水素スタンドまで輸送する手段にしかなりません。
が、そう割り切れば、現在使われている高圧ボンベや液体水素よりも十分に魅力的です。エネルギー密度は良好ですが、それよりも常温常圧で普通の液体として扱えるのが大きい。既存の石油化学インフラを使い回せるし、新造する場合も大幅に安くなります。あとは抽出設備がコスト的に引きあうのかどうかです。
燃料電池車用燃料 (スコア:3)
にはならないかな？
自然エネルギーで発電⇒メチルシクロヘキサン生成⇒電気自動車のガソリン的な扱い
＃伊藤園水素水ｗｗｗ
水素発生方法について (スコア:3, 参考になる)
いつくかコメントがついていますが、少しまとめてみました。
１．化石燃料掘削時の水素ガス
(けっこう出ているそうですが、分離するのがマンドクセので、燃やしてます)
２．天然ガスからのクラッキング
(CO2は地中封入で)
３．製鉄所から
(上記化石燃料と同じく。中の人曰く、日本の水素需要なら賄える、とかなんとか)
４．水の電気分解
(再生可能エネルギーがふんだんにあるところはいいですね)
５．水の光分解
(…実用化できるの？)
これが全部ではないでしょう。
1〜3は結局はCO2が出ますが、効率向上してるし廃棄物の有効利用なので、
排出削減になるはずです。たぶん。
CO2はどれも地中封入になると思います…封入コストたけぇよ。
4は、すでに実施されているところもあります。
コメント中のカナダ水力発電のほかに、ドイツの太陽光発電・風力発電の余剰電力で
発生させて天然ガスパイプラインで混送したり、
北欧(場所忘れた)では同じく分離してタンク貯蔵のうえ定置燃料電池に使っています。
とはいっても、まだまだメインストリームには程遠いけど。
千代田の中の人に聞いて見たことあるけど、最初は２で始めて、
最終的には中東あたりで４や５によって水素作りたい、そうな。
化学工学会のシンポで聞いてきたて限りでは、それでも胡散臭い代物扱いでした。
水素キャリアは他にも、ギ酸／CO2やアンモニア／N2とかもあります。
でも、一番進んでいるのは、70MPa水素じゃないでしょうか。
コストどうするんでしょうね。
水素スタンドに、地域冷熱併給システムを作ればいいのかもしれない。
個人的には、燃料電池は技術のある会社が発電所併設で運営するならいいけど、
車や家庭などコンシューマーで使うのは厳しい気がします。
できれば、CO2からメタンの電気還元が簡単にできればいいんだけど。
あんまり研究者いないんだよね。
Re:水素発生方法について (スコア:2)
問題は今の安倍政権が水素エネルギーに乗り気で、ホンダなどの乗用車メーカーも(イヤイヤなのかどうかは知らないが)これに従っているという現実なんだ。
肝心の水素の生産手段が確立していない現状、見切り発車もいいところなんだが。
Re: (スコア:0)
自動車メーカーが乗り気かどうかわかりませんが、
これまで水素社会関係で莫大な税金を投入しているので、
いい加減なんとかしろ、っていうのが国（経産省？）の言い分でしょうね。
かつて、それで税金を引き出していていた各社の本音を聞いて見たい。
Re:水素発生方法について (スコア:2)
ホンダは第二次安倍政権発足までは燃料電池車にあまり乗り気じゃなかった（開発はしていた。FCXクラリティ [honda.co.jp]だ）ところが安倍政権発足後になっていきなりGMと手を組んで新型燃料電池の開発を始めた。独立気鋭心の強いホンダとしては海外メーカーと組むのは本来不本意なはずだ。自分の想像であるが安倍政権に背中を叩かれた可能性が高いと見る。
一方、マツダは伝統のロータリーエンジンで（異常燃焼の起きにくいロータリーは水素に有利だ）開発を続けているがものにはなっていない。水素にするとどうしても馬力が落ちるのでガソリンと併用でなければまともに走らないんだ。
Re: (スコア:0)
新技術なんて１０に１つも実用になれば良いとこなんで、見込みの有無がはっきりしない段階で莫大な税金を投入するのは正しいことだけど、見込み無いことがほぼ確定したら、サンクコストの議論なんか無駄なんでサッサと捨ててほしい。
これまで○○関係で莫大な税金を投入しているので、いい加減なんとかしろ
だとか
かつて、それで税金を引き出していていた各社の本音を聞いて見たい。
だとかいった意見は将来の税金を無駄にするだけなので無視してもらいたい。
似非CO2削減 (スコア:2)
産油国でMCH製造、LNG火発の隣のプラントでトルエンと水素に分離、水素は火発で消費、トルエンはガソリンに混ぜて販売……
# うん、火力発電所の二酸化炭素排出量は減ったね
notice : I ignore an anonymous contribution.
Re:似非CO2削減 (スコア:1)
千代田化工の中の人の話を聞いたことがありますが、化石燃料から水素とCO2を製造し、CO2はそのまま近隣の炭鉱や油田などに封止（CCS）することを考えているそうです。日本に持ってきてからCCSをやろうとしても、消費地の近くに適当な穴がなくて困るので。これでCO2排出量は確かに減ります。経済性が合うかどうかはまた別の問題。
ちなみに、水素を抽出した後のトルエンは消費しません。99%以上回収出来るので、産地に送り返して再利用します。どうせ空のタンカーを返さないといけませんから、送料はそれほど問題にならないはず。
Re:似非CO2削減 (スコア:1)
実はタンカーは安定性の問題で空では航行できず, バラスト水 [wikipedia.org]を積んでいたりしますから, 積めるものがあるのなら一石二鳥だったり.
Re: (スコア:0)
＞実はタンカーは安定性の問題で空では航行できず, バラスト水 [wikipedia.org]を積んでいたりしますから, 積めるものがあるのなら一石二鳥だったり.
そういう問題があるので日本の造船業界ではバラスト水を低減出来る新船型の開発をしてます
バラストの代わりにトルエンを積めるとなると、こちらにも影響が及びます．．．．．．．．
Re:似非CO2削減 (スコア:2)
バラスト水は外来種を輸送してしまうから、むしろトルエンを積んだほうがエコだな。
Re: (スコア:0)
NOx/SOxの排出抑止と考えれば、普通にガソリン売るより十分エコなんじゃね？
Re:似非CO2削減 (スコア:2)
残念ながらNOxは水素を燃やしたほうが多く出るんだ。
専門家にとっては既知の反応 (スコア:1)
反応そのものは化け学の専門家にとっては既知のものだけども、コスト面などから今までは商業的に成り立たなかったらしいです．．．．．．．．．
Re: (スコア:0)
低コストの触媒で実用化に近づいた
って書いてあるしな
最後に水素を取り出さなくても (スコア:1)
トルエンと水素が混ざった状態でもそれが安定した状態ならそのまま使っても燃料になるような気がするんですがどうなんでしょう？
ホンダがF1にターボエンジンで参戦していた頃はガソリンにトルエンが大量に含まれてた（ノッキング防止などの意味合いでわざと混ぜた）らしいですし。
Re:最後に水素を取り出さなくても (スコア:1)
炭素を燃焼させたくないからでしょう
Re: (スコア:0)
そのまま燃えるだろうけど、CO2 が出るしな。
燃やしてしまうと、次のトルエンを作るのにガソリンもしくはエチレンが要るし。
Re:最後に水素を取り出さなくても (スコア:1)
てか、たぶん揮発するだろうから、燃焼量/排出量をゼロにするのは難しいと思う。だから、今の二次電池のイメージとちがって、「ヘタる」のは結構早いんじゃないかな。でも、要はヘタり切るまでに、何回水素を出し入れできるかだし、トルエンもそんなにお高いものでもないだろうから……
溶質・溶媒・溶液 (スコア:1)
＞有機溶剤のトルエンと水素を反応させてメチルシクロヘキサン（MCH）という溶媒にして
溶媒はトルエンですよね。
Re: (スコア:0)
この文脈では「メチルシクロヘキサン（MCH）という液体にして」
と言いたかったのではないかと
Re: (スコア:0)
「溶媒にして」ではなく「（水素を）溶媒に溶かして」と言いたかったのでは？
水素を溶かすというのもおかしな表現かもしれないが、まあ化学の専門家じゃないんだろうし......
Re: (スコア:0)
生成する溶媒はMCHだから別に間違ってはいない。
トルエンは除いちゃうし。
#何も溶かしてなくても「溶媒」って呼んだりします。
Re: (スコア:0)
文脈的には変でしょ。
確かに一般的には良く溶媒として使われるものを相手を特定せずに溶媒と言うこともあるけど、
この文脈は明らかに水素に限った文章なのだから、水素相手に溶媒の役割を果たしているトルエンを
ほったらかしてMCHを溶媒扱いするのも文章としてはおかしい。
日本語としての最低ラインは超えてるかもしれないけど、文章の質は悪いよ。
# 大体下手なヤツって｢良く出来てるか｣ではなくて｢間違いではない｣というラインを言い訳にするんだよねぇ。
# 下のラインで言い訳が成立することで満足しちゃうから向上しない。
Re: (スコア:0)
>水素相手に溶媒の役割を果たしているトルエン
それはおかしいぞ。
トルエンは溶媒として機能してなどいない。単純に水素と反応してメチルシクロヘキサンになってるだけだ。
今回の話で使われているのは付加反応による水素の固定化とそこからの脱離であって、（ものを溶かすという意味での）「溶媒」は関係ない。
Re:溶質・溶媒・溶液 (スコア:1)
よく分かりました。
なんだか分かってなくて、トルエンに水素溶かしてメチルなんちゃらなんだなと思ったので、
中学校で習ったイメージでは
トルエンが溶媒
水素が溶質
メチルなんたらが溶液
だと思って、溶媒に違和感を持ってコメントしました。
そもそも溶けてるんじゃないから違うんですね。
Re: (スコア:0)
雑談サイトの記事程度で向上するとかしないとか余計なお世話もいいとこだな。
水素の貯蔵については解決したかもしれないが、 (スコア:1)
水素を何からどう取り出すかという問題は未解決のままだ。
現状のままでは水素を取り出すには多大なエネルギーをかけるか生産過程で二酸化炭素が発生するかどちらかの方法しかない。というかこれは本質的には解決不能な問題だ。
水素はエネルギー運搬手段の一つではあるが、本質的にはエコではない。
Re: (スコア:0)
え？
＞低コストでメチルシクロヘキサンから水素を取り出すことの出来る触媒の開発によって実用化に近づいたとのことである。
タレこみ文のこれと、リンク先を見ると、まさにご懸念している「水素を取り出す」方法について
低コストの方法が開発されたというのがストーリーの中心ですよ？
Re: (スコア:0)
Re: (スコア:0)
水を電気分解して水素を発生させて運搬するということでした。
Re:水素の貯蔵については解決したかもしれないが、 (スコア:2)
水資源の豊富なカナダだからできる話だね。
ダム一つ造るのに利権と反対派が絡み合う日本ではこうはいかない。
もし事故がおきれば (スコア:0)
どんな事がおきて、どれぐらいの被害が想定できるのだろう？
Re: (スコア:0)
トルエンもメチルシクロヘキサンも、一般的な有機溶剤（シンナー）のイメージだと思います。
Re:もし事故がおきれば (スコア:1)
発火防止のために窒素を充填していたが、酸化以外の化学反応（重合反応など）は
進行するために発熱と圧力上昇で爆発を起こしたなんて例もあります。
日本触媒 姫路製造所 爆発火災事故 [wikipedia.org]
Re: (スコア:0)
触媒が想定外の反応を促進して発火や
爆発するなんてこともあるしな
Re: (スコア:0)
水素分子の量がコントロールできている間はどうってことないと思うけどなぁ。なんだかんだで一番引火性能高そうだし。触媒で環が切れる方向にいって、メタンやエチレンとかになると仮定すると、モル数が増えすぎて危険かもいしれない。
少し前に 川崎市へ水素発電所を建設とのニュース (スコア:0)
世界初の水素発電所、川崎市と千代田化工が１５年稼働計画
http://news.kanaloco.jp/localnews/article/1306280030/ [kanaloco.jp]
Re: (スコア:0)
そのための水素はどうやって作るの？
たとえば水素自動車など、エネルギーを使うところで排ガスをクリーンにしたい（水素は別のところで作って、その工程ではクリーンでない排ガスが出ても良い）場合には水素は使えるけど、発電所に水素を使って、どういう利点があるのかよくわかりません。
Re: (スコア:0)
リンク先にちょこっと書いてある。
（１）水素を臨海部のコンビナートで受け入れ、地域水素ネットワークを構築
要は近隣の工場とか製油所で大量に発生している水素を使おうってこと。
今まではろくに使い道が無くて大気に放出したりしてたからね。
Re:少し前に 川崎市へ水素発電所を建設とのニュース (スコア:2)
水素の供給源として, よく引き合いに出されるのが製鉄所 [jari.or.jp]ですね. 川崎なら扇島の製鉄所がありますし, 他にも八幡製鉄所が水素を供給していますし. [eetimes.jp]
Re: (スコア:0)
でも、発送電分離がうまくいけば、製鉄所が水素を供給するより、製鉄所で発電した方がいいんじゃないかな。今は、企業が一般家庭に売れないからモニャってるわけで。
Re:少し前に 川崎市へ水素発電所を建設とのニュース (スコア:2)
所詮副産物だから原発を置き換えるほどの生産量は無いだろうからその場で燃やして電気にした方が理にかなっていると思う。問題は発送電分離の見込みは薄いということだ。
そんなことより (スコア:0)
そんなことより、石炭と水素からメタンガス作る話はどうなってるの？
国内に多い低品質の石炭も利用できるから安くて資源量が多いんだろ？
貯蔵性や輸送はそれほど改善されないけど、そのまま燃料として車走らせたり、ガスタービンで燃やせるから便利じゃないか？
天然ガス用の設備や装置が流用できるからシステム全体としてはコストダウンしやすいような気がするんだが。
二酸化炭素もでるが、効率よくすれば減らせるし。
Re:そんなことより (スコア:2)
低品質の石炭は硫黄を含んでるから問題なんだ。SOxの元になるばかりではなく装置を腐食させてしまう。
それに工業的に石炭ガスを量産するにはたとえ触媒があったとしてもそれなりのエネルギーが必要だ。その全てを石炭ガスで補ったら効率云々などで多分元は取れない。だから超高温原子炉のような高温源が必要になってくる。