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水素製造・吸蔵・貯蔵材料と安全化

水素製造・吸蔵・貯蔵材料と安全化

水素製造・吸蔵・貯蔵材料と安全化の画像

概要

本書は、燃焼時に水以外の排出物を出さないクリーンエネルギーとして注目される水素について、水素製造技術、吸蔵・材料技術、安全化まで徹底網羅した1冊です。

ご案内

 水素は燃やしてもCO2を排出しません。また石油資源に頼らなくとも水素の製造技術はさまざまあり、エネルギーの変換効率は高く、昨今、車載用などにクリーンエネルギーとして注目されています。
 また、経済産業省 資源エネルギー庁による「Cool Earth-エネルギー革新技術計画」の21の重要技術課題の1つに「水素製造・輸送・貯蔵」が取り上げられており、2020年頃からの飛躍的な実現に向けて研究開発が進められています。
 そのような中、本書では「さまざまな水素製造技術とその効率化」、「水素吸蔵合金や炭素系水素吸蔵材料」「水素貯蔵技術、材料・タンク・容器、業界からの要求特性」、「水素輸送・貯蔵におけるハンドリング技術や輸送システムの安全化」に焦点をあて、大学・研究機関、企業の方を執筆陣として万遍なく構成いたしました。
 次世代水素エネルギーの利用技術、水素製造・材料の高効率化、安全性の向上、周辺技術の開発、新市場ビジネスにお役に立てる1冊となれば幸いです。 (書籍編集部)

目次

第1章 水素製造・貯蔵・供給における現状、課題と今後の展望

  • 1. 水素製造技術
  • 2. 水素貯蔵技術
    • 2.1 高圧水素ガスによる貯蔵
    • 2.2 液体水素による貯蔵
    • 2.3 ケミカルハイドライドによる貯蔵
    • 2.4 水素貯蔵材料による貯蔵
  • 3. 水素供給技術
    • 3.1 水素圧縮技術
    • 3.2 水素充填技術

第2章 次世代水素製造技術の現状と高効率化

第1節 水の電気分解、熱化学水素製造と原子力の水素製造への利用
  • 1. 水素製造の技術動向
  • 2. 水素の製造
    • 2.1 水の電気分解
    • 2.2 熱化学水素製造
  • 3. 原子力の水素製造への利用
    • 3.1 高温ガス炉の可能性
    • 3.2 炭素循環型水素システム
第2節 熱中和改質方式による水素製造技術
  • 1. 熱中和式改質技術
    • 1.1 触媒反応
    • 1.2 改質器
  • 2. 熱中和式水素発生装置
    • 2.1 改質
    • 2.2 精製
    • 2.3 水素発生装置プロセス概要
    • 2.4 水蒸気改質方式との比較
第3節 灯油を原料とした水蒸気改質反応とオートサーマル反応による水素製造
  • 1. 改質反応を利用した化石燃料からの水素製造
    • 2.1 水素製造システムの概要
    • 2.2 水蒸気改質反応
    • 2.3 部分酸化反応
    • 2.4 オートサーマル反応
  • 2. 灯油を原料とした場合の水蒸気改質反応とオートサーマル反応の比較
    • 3.1 灯油を原料とする水蒸気改質反応技術
    • 3.2 灯油を原料とするオートサーマル反応技術
第4節 膜型反応器 (メンブレンリアクター) /天然ガスからの高効率水素製造
  • 1. 膜型反応器と水素製造への応用
  • 2. 膜型反応器を用いた水素製造実証試験
  • 3. 膜型反応器用耐熱性水素分離膜の開発
第5節 パラジウム合金圧延箔を利用した水素分離膜モジュール技術による効率化
  • 1. 水素分離膜
  • 2. パラジム合金圧延箔を利用した水素分離膜モジュール
    • 2.1 パラジウム合金
    • 2.2 パラジウム合金圧延箔を利用した水素分離膜モジュールの開発
  • 3. パラジウム合金圧延箔を利用した水素分離膜モジュールの用途
    • 3.1 水素ガスの精製
    • 3.2 改質ガスからの水素ガスの分離精製
第6節 マイクロリアクターによる水素製造技術
  • 1. 水素製造マイクロリアクターの設計コンセプト
  • 2. Ni高分散炭素膜を用いたメタノール分解反応
    • 2.1 実験
    • 2.2 充填型反応器とマイクロリアクターの比較
    • 2.3 マイクロ流路幅の影響
  • 3. 触媒マイクロリアクターの操作による反応選択性制御の可能性の検証
    • 3.1 壁面触媒装填型マイクロリアクターの有効性
    • 3.2 積極的に拡散速度を制御する方法
  • 4. 水蒸気改質/CO除去用マイクロリアクターシステムの検討
    • 4.1 実験
    • 4.2 マイクロリアクターと管型反応器の比較
    • 4.3 反応モデルとマイクロ流路内反応メカニズム
    • 4.4 CO選択酸化法による水素精製
第7節 バイオマス・廃棄物からの水素製造技術
  • 1. 水素製造技術の概観
  • 2. 熱分解ガス化および改質プロセスによる水素製造
    • 2.1 ガス化および改質反応
    • 2.2 ガス化反応装置と実験例
    • 2.3 触媒改質
  • 3. 生物学的技術による水素製造
    • 3.1 水素発酵
    • 3.2 水素・メタン二段発酵プロセス
  • 4. バイオマス・廃棄物からの水素製造の課題
第8節 高温ガス炉による水素製造技術
  • 1. 高温ガス炉
  • 2. 水素製造技術
    • 2.1 ISプロセス
    • 2.2 ハイブリッドプロセス
  • 3. 将来の展望
第9節 高温水蒸気電解による水素製造技術
  • 1. 高温水蒸気電解の原理と特徴
    • 1.1 電解による水素製造の原理
    • 1.2 高温水蒸気電解の特徴
    • 1.3 セル材料と構造
    • 1.4 運転条件の検討
  • 2. 主な開発課題
  • 3. 研究開発の状況
  • 4. 開発例① 原子力による水素製造プラントの検討
  • 5. 開発例② 水素電力貯蔵システム
第10節 水素製造用担持金属触媒
  • 1. メタンの水蒸気改質用触媒について
    • 1.1 Ni触媒の調製と反応
    • 1.2 Ni/perovskite触媒の触媒性能
  • 2. 炭化水素以外の燃料を用いた水蒸気改質による水素製造
    • 2.1 Fe/Co触媒の調製と反応
    • 2.2 エタノール水蒸気改質の結果
  • 3. 水性ガスシフト用触媒の開発について
    • 3.1 ペロブスカイト型酸化物および鉄系酸化物触媒の調製と反応
    • 3.2 ペロブスカイト型酸化物触媒の活性
第11節 太陽光利用による水素製造システムと光触媒による低コスト化
  • 1. 光触媒-電気分解ハイブリッドシステムによる水素製造
  • 2. 多孔質半導体光電極を用いた水分解による水素製造

第3章 水素吸蔵合金、炭素系水素吸蔵材料

第1節 .水素吸蔵合金
  • (1) Mg系及びTi系水素吸蔵合金
    • 1. 金属水素化物の熱力学的安定性について
    • 2. Mg系水素吸蔵合金の開発
      • 2.1 従来のMg基合金
      • 2.2 Mg基合金設計の新しい試み
    • 3. Ti基合金の開発
  • (2) ラーベス構造を有した新規マグネシウム系水素吸蔵合金
    • 1. ラーベス構造を有した水素吸蔵合金
    • 2. マグネシウム系の水素吸蔵合金
    • 3. ラーベス構造を有した新規マグネシウム系水素吸蔵合金
  • (3) 超高圧下で合成される水素貯蔵材料
    • 1. 高圧水素と水素貯蔵材料
    • 2. マルチアンビル法を用いたMg-遷移金属系新規水素化物の創製
    • 3. 超高圧法で合成された新規水素化物の結晶構造
    • 4. FCC型超格子構造を有するMg-遷移金属水素化物の水素貯蔵特性
    • 5. 新規4元系水素化物の探索
第2節 .炭素系水素吸蔵材料
  • (1) カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー
    • 1. カーボンナノチューブ・ナノファイバーの水素貯蔵特性に関するこれまでの研究報告
      • 1.1 単層カーボンナノチューブ (SWCNT) ・多層カーボンナノチューブ (MWCNT)
      • 1.2 カーボンナノファイバー (CNF) ・グラファイトナノファイバー (GNF)
    • 2. 単層カーボンナノチューブ (SWCNT) の水素貯蔵特性
      • 2.1 SWCNT試料の細孔構造
      • 2.2 SWCNT試料の水素吸着特性
  • (2) グラファイト
    • 1. 水素吸蔵/放出特性
    • 2. CnanoHx-LiH複合系
  • (3) スピルオーバー水素を利用した新規水素貯蔵
    • 1. スピルオーバーとは
    • 2. 炭素へスピルオーバーした原子状水素の可逆貯蔵
    • 3. 新しい貯蔵方式、「物理吸着+スピルオーバー」
    • 4. 「物理吸着+スピルオーバー」の報告例
    • 5. 原子状水素の貯蔵に関する詳細なメカニズム
      • 5.1 H2分子の金属への解離吸着~スピルオーバー
      • 5.2 原子状水素の表面拡散
      • 5.3 受容体にトラップされた原子状水素の状態
      • 5.4 貯蔵サイト
      • 5.5 原子状水素の放出
    • 6. スピルオーバーを経由しない原子状水素貯蔵の可能性
第3節 .実用化から見た水素吸蔵合金の現状と課題
  • 1. 水素吸蔵合金の実用化状況
    • 1.1 水素利用技術から見た合金の要求特性
    • 1.2 実用水素吸蔵合金の特性とその応用例
  • 2. メカニカルアロイング法による水素吸蔵合金の改質
    • 2.1 メカニカルアロイング法
    • 2.2 MA法で作製した水素吸蔵合金の開発例
  • 3. 風力・太陽光発電による水素製造および貯蔵システム
    • 3.1 システム概要
    • 3.2 TiFe合金タンクとその水素貯蔵特性

第4章 水素貯蔵用タンク、圧縮容器材料/水素貯蔵システム

第1節 .水素脆化の機構と対策
  • 1. 水素の侵入と分子状水素の析出
  • 2. 脆性破壊
    • 2.1 内圧理論
    • 2.2 表面エネルギー低下理論と格子脆化理論
    • 2.3 粒界破壊
  • 3. 水素による塑性変形の助長
  • 4. 水素による変形損傷の生成助長
  • 5. 水素脆性に及ぼす材料組織の影響
第2節 .水素貯蔵用タンク/容器材料/システム
  • (1) 水素貯蔵システムに関するエネルギー業界からの課題と要求特性
    • 1. 水素の製造
      • 1.1 多様な水素の製造方法
      • 1.2 水素の出荷設備
    • 2. 水素ステーションへの配送
      • 2.1 エネルギー効率
      • 2.2 ローリー輸送の積載量
    • 3. 水素ステーション
      • 3.1 オフサイトステーションとオンサイトステーション
      • 3.2 蓄圧器の役割
      • 3.3 過昇温の防止
  • (2) 自動車メーカーからの水素貯蔵システムの課題と要求特性
    • 1. 日本のエネルギ戦略からみた燃料電池自動車の位置づけ
    • 2. 燃料電池自動車の特徴と普及シナリオの考え方
    • 3. 水素貯蔵システムの課題
    • 4. 車載用水素貯蔵技術に関する新技術基準の検討
  • (3) 燃料電池自動車搭載圧縮水素容器ライナー用アルミニウム材料
    • 1. アルミニウム合金の耐水素脆化性評価
    • 2. アルミニウム合金中での水素の挙動
    • 3. 新例示基準に向けての取り組み
  • (4) 車載等水素貯蔵システム
    • 1. 水素貯蔵方法の比較
    • 2. 複合容器の現状
      • 2.1 高圧容器の種類
      • 2.2 高圧貯蔵システムの現状と課題
    • 3. 高圧容器 (タイプ3) の性能向上策
      • 3.1 体積効率の向上策
      • 3.2 経済性の向上策
      • 3.3 容器壁厚の決定要因
      • 3.4 アルミライナーの耐疲労性向上策
      • 3.5 開発事例
        • 3.5.1 仕様および評価項目
        • 3.5.2 評価結果
        • 3.5.3 性能向上
    • 4. ハイブリッド貯蔵タンクの開発状況
      • 4.1 ハイブリッド貯蔵タンクの概要
      • 4.2 仕様および評価項目
      • 4.3 結果
  • (5) 炭素繊維強化樹脂 (CFRP) を用いた水素貯蔵用タンク
    • 1. CFRP製水素ガス貯蔵用タンク
    • 2. 粘土膜炭素繊維強化樹脂
      • 2.1 クレースト
      • 2.2 水素ガス透過試験
    • 3. 燃料電池車向け高圧水素ガス貯蔵用タンクへの応用
      • 3.1 水素ガスバリア性能の要求
      • 3.2 (財) 日本自動車研究所の水素ガス貯蔵用タンク透過試験
      • 3.3 クレースト複合化の効果と期待
    • 4.小型の高圧水素ガス貯蔵用タンクの試作
  • (6) 有機ケミカルハイドライドによるグローバルな水素輸送
    • 1. 有機ケミカルハイドライド
      • 1.1 有機ケミカルハイドライド (OCH) 法
      • 1.2 各種水素輸送手段と水素貯蔵密度比較
      • 1.3 OCH法検討の歴史
    • 2. 水素化・脱水素反応
      • 2.1 水素貯蔵反応
      • 2.2 水素発生反応 (脱水素反応)
    • 3. 水素サプライチェーン構想
      • 3.1 グローバルな水素サプライチェーン構想
      • 3.2 ブラウン水素の製造
      • 3.3 グリーン水素の製造
      • 3.4 原子力エネルギーの有効利用
    • 4. 水素社会実現に向けた今後の課題
  • (7) 有機ハイドライドを活用する水素貯蔵・輸送技術の新展開
    • 1. グリーン水素の製造と低炭素化プロセス
    • 2. 水素を石油で運ぶ有機ハイドライド技術
    • 3. ウインド・ソーラー水素の大規模な有機ハイドライド大陸間海上輸送
    • 4. 有機ハイドライドを活用するグリーンディーゼル自動車・スーパーエコ船舶の開発
    • 5. 有機ハイドライド活用する「スマート水素グリッド構想」
  • (8) 水素エネルギー関連金属材料の水素脆化研究の基盤技術
    • 1. 水素添加
      • 1.1 高圧水素チャージと電解水素チャージにおける水素存在状態比較
      • 1.2 高圧水素チャージと電解水素チャージにおける水素量比較
      • 1.3 各種高圧水素ガス環境を模擬する電解チャージ条件
      • 1.4 各種温度における水素量
    • 2. 水素分析
      • 2.1 水素量および水素放出温度プロファイルに及ぼす格子欠陥の影響
      • 2.2 水素の存在状態分離
      • 2.3 変形過程における水素の動的挙動
    • 3. 水素脆化感受性
      • 3.1 SSRT試験による水素脆化感受性
      • 3.2 延性低下に及ぼす水素の役割
  • (9) ホウ素系水素貯蔵材料
    • 1. 錯体水素化物
    • 2. ホウ素系錯体水素化物による水素貯蔵
      • 2.1 水素放出・再吸蔵特性
      • 2.2 材料設計指針としての「電気陰性度」
      • 2.3 マイクロインジケーターとしての「μSR分析」
      • 2.4 複合化
  • (10) アルミニウム水素化物による水素貯蔵
    • 1. アルミニウム水素化物の化学合成と脱水素化特性
      • 1.1 化学合成条件の最適化
      • 1.2 結晶構造と熱力学的安定性
      • 1.3 表面改質と脱水素化特性
    • 2. アルミニウム水素化物の高圧合成と水素化特性
      • 2.1 アルミニウムと水素流体の直接反応によるAlH3合成
      • 2.2 エネルギー分散法により観察した水素化反応
      • 2.3 アルミニウムの水素化過程における結晶粒径変化
  • (11) 水素貯蔵材料MgH2の製造と応用
    • 1. MgH2の製造法
      • 1.1 MgH2の工業生産化
      • 1.2 水素化マグネシウムタブレットの製作
    • 2. MgH2製造設備のスケールアップ
    • 3. MgH2の加水分解による水素生成
    • 4. マグ水素リアクターの開発とその適用例
      • 4.1 マグ水素リアクターの開発
      • 4.2 各種製品への適用例
    • 5. 生成物の再利用・再生
      • 5.1 MgO/Mg (OH) 2の再利用
      • 5.2 Mg/MgH2への再生
    • 6. 今後の展開

第5章 水素輸送・貯蔵における安全化技術・安全対策

第1節 .水素輸送・貯蔵におけるハンドリング技術
  • 1. 水素に関する事故事例
  • 2. 水素の性質
  • 3. 水素の安全な取り扱いの基本的考え
  • 4. 水素の安全な取り扱いについて
  • 5. 水素設備の操作方法の基本
  • 6. 取り扱いのノウハウ
  • 7. 圧縮および液化水素輸送に係る技術
  • 8. 貯蔵
第2節 .水素輸送システムの安全化対策
  • 1. 水素供給の現状と水素需要量の推定
  • 2. C-FRP容器の技術の現状
  • 3. 高圧水素貯蔵用C-FRP容器の技術の内容
    • 3.1 C-FRP容器の種類と構造
    • 3.2 Type3 C-FRP複合容器の製造プロセス
    • 3.3 高圧水素輸送用C-FRP容器の要求性能
      • 3.3.1 圧縮天然ガス自動車用C-FRP容器を高圧水素輸送用に適用するための留意点
      • 3.3.2 容器材料の水素透過性
      • 3.3.3 急速充てん時のガス温度挙動
      • 3.3.4 容器材料の水素脆化
      • 3.3.5 高圧水素輸送用C-FRP容器の要求性能
    • 3.4 高圧水素輸送用C-FRP容器の適用例
  • 4. 高圧水素輸送用C-FRP容器の技術課題
    • 4.1 Type3容器のライナー材料の水素脆化
  • 5. 高圧水素輸送用C-FRP容器集合体 (集合容器) の安全性検証
    • 5.1 実機集合容器の横転試験
      • 5.1.1 集合容器の製作
      • 5.1.2 横転試験結果
    • 5.2 実機集合容器の垂直衝撃試験
      • 5.2.1 試験方法
      • 5.2.2 試験結果
    • 5.3 実機集合容器の水平衝撃負荷試験
      • 5.3.1 試験方法
      • 5.3.2 試験結果
    • 5.4 実機集合容器の水平静的負荷試験
      • 5.4.1 試験方法
      • 5.4.2 衝撃負荷試験との比較
    • 5.5 各種衝撃負荷試験の加速度の比較
  • 6. 高圧水素輸送用車両の関連法規の検証
    • 6.1 関連法規
    • 6.2 道路運送車両の保安基準
  • 7. 定置用蓄圧器へのC-FRP容器の適用
    • 7.1 日本の蓄圧器の現状
    • 7.2 日本の蓄圧器の課題
    • 7.3 定置用蓄圧器の海外の状況

執筆者

  • 橋本 辰彦 : NEDO 独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構
  • 加藤 之貴 : 東京工業大学
  • 成田 悟 : エア・ウォーター(株)
  • 原田 亮 : 国際石油開発帝石(株)
  • 上宮 成之 : 岐阜大学
  • 石部 英臣 : 日本精線(株)
  • 前 一廣 : 京都大学
  • 川本 克也 : (独)国立環境研究所
  • 稲垣 嘉之 : (独)日本原子力研究開発機構
  • 松永 健太郎 : (株)東芝
  • 関根 泰 : 早稲田大学
  • 浦崎 浩平 : 成蹊大学
  • 松方 正彦 : 早稲田大学
  • 菊地 英一 : 早稲田大学
  • 三石 雄悟 : (独)産業技術総合研究所
  • 佐山 和弘 : (独)産業技術総合研究所
  • 久慈 俊郎 : 東海大学
  • 角 掛繁 : 日本重化学工業(株)
  • 寺下 尚克 : 日本重化学工業(株)
  • 竹市 信彦 : (独)産業技術総合研究所
  • 高木 英行 : (独)産業技術総合研究所
  • 市川 貴之 : 広島大学
  • 宮岡 裕樹 : 広島大学
  • 西原 洋知 : 東北大学
  • 京谷 隆 : 東北大学
  • 伊藤 仁 : 日産自動車(株)
  • 内山 誠 : 日産自動車(株)
  • 阿部 真丈 : 那須電機鉄工(株)
  • 南雲 道彦 : 早稲田大学名誉教授
  • 小堀 良浩 : JX日鉱日石エネルギー(株)
  • 榊田 明宏 : 日産自動車(株)
  • 伊藤 吾朗 : 茨城大学
  • 阪口 善樹 : サムテック(株)
  • 米本 浩一 : 九州工業大学
  • 坂口 順一 : 千代田化工建設(株)
  • 高井 健一 : 上智大学
  • 市川 勝 : 東京農業大学 (北大名誉教授)
  • 砥綿 真一 : (株)豊田中央研究所
  • 折茂 慎一 : 東北大学
  • 李 海文 : 東北大学
  • 池田 一貴 : 東北大学
  • 齋藤 寛之 : (独)日本原子力研究開発機構
  • 町田 晃彦 : (独)日本原子力研究開発機構
  • 片山 芳則 : (独)日本原子力研究開発機構
  • 青木 勝敏 : (独)日本原子力研究開発機構
  • 上杉 浩之 : バイオコーク技研(株)
  • 新居 宏美 : バイオコーク技研(株)
  • 岩下 博信 : 岩谷瓦斯(株)
  • 高野 俊夫 : JFEコンテイナー(株)

出版社

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お問い合わせ

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体裁・ページ数

B5判上製本 379ページ

ISBNコード

ISBN978-4-86428-004-4

発行年月

2010年8月

販売元

tech-seminar.jp

価格

30,000円 (税別) / 33,000円 (税込)

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