水素製造方法、水素貯蔵方法および水素輸送方法
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水素製造方法について、発酵生成エタノールを原料とした水素製造について説明いたします。 触媒は炭酸カリウム水溶液微粒子(数十μm)です。水素製造は水蒸気改質反応(吸熱)を使用し、エタノール蒸気のうちのすべての(H)を(H2)に、水蒸気
のうちの一部のH2OをH2にする反応です。
C2H5OH(g) + 3H2O(g) → 6H2 + 2CO2 (1)
ここで、CO2吸着反応は
2CO2 + 2H2O(l) + 2K2CO3 → 4KHCO3 (2)
実際は、湿り水蒸気水微粒子外表面内側にカリウムイオン(K+)と外表面外側の炭素(C)が電気的に結合しています。すなわち、CO2が水微粒子に吸着されている状態です。
(1)+(2)は、以下となります。
C2H5OH(g) + 3H2O(g) + 2H2O(l) + 2K2CO3 → 6H2 + 4KHCO3 (3)
4KHCO3を水に溶かすために、両辺に100H2O(l)を足すと、
C2H5OH(g) + 3H2O(g) + 102H2O(l) + 2K2CO3 → 6H2 + 4KHCO3 + 100H2O(l) (4)
発酵生成エタノール水溶液のエタノール濃度は約8wt%でかつ、左辺のH2Oが105H2Oになるためには炭酸カリウム水溶液は、(75H2O(l)+2K2CO3)となります。従って、発酵生成エタノール水溶液と炭酸カリウム水溶液の混合液は以下のように表せます。
発酵生成エタノール + 炭酸カリウム水溶液 = 混合液
(C2H5OH(l)+30H2O(l))+(75H2O(l)+2K2CO3)=(C2H5OH(l)+105H2O(l)+2K2CO3)
この混合液を加熱器で乾き度0.03の湿り水蒸気をつくって反応させ、H2を気相側に、CO2を液相側に吸着し、分離製造する。(添付PDF(5/5)参照方)
実験は発酵生成エタノールとして、日本酒(清酒)を使用しました。
水素貯蔵方法については、発酵生成エタノールはエタノール(C2H5OH(l))および水(H2O)(l)を含むため、それを貯蔵することは「水素貯蔵」になります。
水素輸送方法についても同様です。