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Jul 21, 2023

グリーン水素製造コストを削減する技術の開発

Sviluppare tecnologie per ridurre il costo della produzione di idrogeno verde.verde

グリーン水素製造のコストを削減する技術の開発。

脱炭素経済の実現に向けて、化石燃料を使用せず、二酸化炭素を排出せずに水素を製造するグリーン水素の重要性が近年高まっています。

しかし、グリーン水素を生成する水電気分解装置は製造コストが高いため、グリーン水素の経済性はそれほど高くありませんでした。 しかし、高分子電解質膜水電解装置に使用するイリジウムや白金などのレアメタルを大幅に削減する技術が開発され、製造コストの低減に道が開かれつつあります。

韓国科学技術院（KIST）水素・燃料電池研究センターのヒョン・S・パーク博士とソン・ジョン・ユ博士率いる研究チームは、プラチナと燃料電池の量を大幅に削減できる技術を開発したと発表した。高分子電解質膜水電解装置の電極保護層に貴金属であるイリジウムを採用し、従来装置と同等の性能と耐久性を確保しています。

特に、電極保護層として白金や金を多量に使用する構造を維持しながらイリジウム触媒の量を減らすことに焦点を当てたこれまでの研究とは異なり、研究者らは電極保護層の貴金属を安価な窒化鉄に置き換えました。表面積が大きく、その上に少量のイリジウム触媒を均一にコーティングすることで、電解装置の経済性が大幅に向上します。

高分子電解質膜水電解装置は、太陽光などの再生可能エネルギーから供給された電力を用いて水を分解して高純度の水素と酸素を生成する装置で、製鉄や化学などさまざまな産業への水素供給の役割を担っています。 また、再生可能エネルギーを水素エネルギーとして貯蔵することはエネルギー変換に有利であり、グリーン水素経済の実現にはこの装置の経済効率を高めることが非常に重要です。

一般的な電気分解装置には、水素と酸素を生成する 2 つの電極があり、腐食性の高い環境で動作する酸素生成電極には、保護層として電極の表面に金または白金が 1 mg/cm2 コーティングされています。耐久性と生産効率を確保するために層を形成し、その上に 1 ～ 2 mg/cm2 のイリジウム触媒をコーティングします。 これらの電気分解装置で使用される貴金属の埋蔵量と生産量は非常に少なく、これがグリーン水素製造装置の普及を妨げる大きな要因となっています。

水電気分解の経済性を向上させるため、研究チームは高分子電解質膜水素製造装置の酸素電極の保護層として使われているレアメタルの金や白金を、安価な窒化鉄（Fe2N）に置き換えた。

そのために研究チームは、まず導電性の低い酸化鉄で電極を均一にコーティングし、次に酸化鉄を窒化鉄に変換して導電性を高める複合プロセスを開発した。 同チームはまた、窒化鉄保護層の上にイリジウム触媒を厚さ約25ナノメートル（nm）で均一にコーティングするプロセスを開発し、イリジウム触媒の量を0.1 mg/cm2未満に減らし、水素生成量の多い電極を実現した。効率と耐久性。

開発した電極は、既存の市販電解装置と同等の性能を維持しながら、酸素発生電極の保護層として使用されていた金や白金を非貴金属窒化物に置き換え、イリジウム触媒の使用量を従来比10％に削減したものである。 さらに、新しいコンポーネントを備えた電解ユニットを 100 時間以上運転して、その初期安定性を検証しました。

ヒョン・S・パーク博士KISTの氏はこう語った。

高分子電解質膜グリーン水素製造装置を経済的に普及させるためには、イリジウム触媒の量の削減と白金保護層の代替材料の開発が不可欠であり、白金の代わりに安価な窒化鉄を使用する意義は大きい。

「電極の性能や耐久性をさらに観察した上で、近い将来、商用機器に適用する予定です。」

グリーン水素製造のコストを削減する技術の開発、2023 年 6 月 2 日