あなたの農場は水素で安全に電力を供給できるでしょうか?

2023 年 5 月 26 日 4 分で読む

水素は現在、エネルギー界の流行語です。

水を電気分解することで作ることができ、使用される電力が再生可能資源からのものであれば、実質的に排出ガスは発生しません。 燃料電池で水素を使用して発電したり、車両に燃料を供給したりすると、水蒸気以外は排気管からは何も出てきません。

では、なぜまだ使用していないのでしょうか? そうですね、保管や輸送など、克服すべき技術的な課題がいくつかあります。

天然ガスと同様、水素は高圧タンクに保管するか、液化して極低温タンクに保管する必要があります。 そして、天然ガスと同様に、水素も爆発する可能性があります。 水素は産業現場では訓練を受けた専門家によって安全に管理されていますが、都市環境での大量の水素の使用には懸念があるかもしれません。

世界中の研究者は、水素をできるだけ安全に貯蔵および輸送する方法を模索しています。 1 つの方法は、通常の動作条件で安定したキャリア液体に水素を結合させることです。 この液体は、既存のガソリンやディーゼルのインフラと同様の標準的な燃料タンクやトラックを使用して保管および輸送できます。

私たちの研究者は、貯蔵と輸送の課題に対処するために、液体キャリアから水素を回収できる水素発生装置を構築しています。

液体有機水素キャリア (LOHC) は、化学反応を通じて水素を吸収および放出できる有機化合物です。 LOHC には、メタノール、トルエン、ベンジルトルエンなどの化学物質が含まれる場合があります。

水素の貯蔵と輸送に LOHC を使用することは、30 年以上研究されてきました。 しかし、ネットゼロの課題を解決するために世界が水素に注目するにつれ、ここ数年で研究がエスカレートしました。

水素サプライチェーンの一部として LOHC を使用するには、次のような多くの手順が必要です。

この水素化/脱水素化サイクルにより、GHG (温室効果ガス) 排出量はゼロになります。

この技術は、水素化工程（上記ステップ 2）についてはすでに確立されています。 しかし、最近まで、特に小規模から中規模の分散型アプリケーション向けに、これらの水素キャリアの商業的な脱水素プロセスは存在しませんでした。 当社の水素発生装置はその問題を解決し、LOHC 使用サイクルを効果的に完了します。

ディーゼル発電機のように、必要な場所で発電が可能になります。 ただし、二酸化炭素と微粒子（空気中に存在する固体粒子と液滴の混合物）の排出はありません。

私たちが建設を計画している水素発生装置には、当社の特許技術である触媒静的ミキサー (CSM) が使用されます。 当社の CSM は、標準的なパイプにきちんと収まる、触媒コーティングを施した 3D プリントされた足場です。 試薬間の相互作用が最適化されるように構造が設計されているため、触媒反応が最も効果的に行われます。

CSM により、従来の充填層よりも優れたプロセス制御が可能になります。 触媒が消耗した場合、CSM を新しいものと交換し、古いものを再生するのは比較的簡単です。 このテクノロジーは拡張性も高く、並列フロー内の CSM の数を増やすだけです。

CSM 技術は水素発生装置の中心です。 LOHC は CSM を通ってその周囲を流れ、触媒と接続します。 触媒は LOHC から水素を除去し、水素ガスの泡を形成します。

このプロジェクトには 2 つの部分があります。 まず、パイロット規模の水素発生装置を構築します。 次に、学んだことを使用して実証規模の水素生成装置を構築します。

パイロットユニットは 1 日あたり 5 kg の水素を生成します。 大きさは1m×2m程度を想定しておりますので、ベンチに座ることも可能です。

この実証機ユニットは 1 日あたり 20 kg の水素を生成します。これは、水素燃料補給ステーションとしては適切なサイズです。 サイズは標準的な12メートルの輸送コンテナのサイズになると予想されます。

オーストラリアの国家水素戦略では、1 kg の水素を使用すると、ヒュンダイ Nexo で 100 km 走行したり、1400 ワットの電気スプリットサイクル エアコンに 14.5 時間電力を供給したりできると試算しています。

このサイズの水素発生器はオフグリッド電源用に理想的に設計されており、一部のディーゼル発電機を効果的に置き換えることができます。 農場、鉱山現場、探査現場、田舎のお祭りなど、オフグリッド電源が必要な場所であればどこでも使用できます。 水素自動車の水素補給ステーションにも役立つ可能性がある。

ディーゼル発電機を水素発電機に置き換えることで、GHG 排出量が削減され、さらに静かになる可能性があります。

実質ゼロ排出を達成することは厄介な問題であり、唯一の答えはありません。 このテクノロジーは、オフグリッドの電力要件に対するソリューションを提供できる可能性があります。 これらには、水素燃料補給ステーション、中規模の作業場、農場や鉱山現場など削減が難しい分野のディーゼル発電機が含まれます。 そうすることで、オーストラリア人の日常生活に水素を届けることができるようになります。