燃料研究｜水素製造触媒の開発

燃料電池は、環境にやさしい、高効率な発電機として、各分野で非常に期待されています。しかし燃料電池の原料となる水素は自然界には存在せず、何らかの手段により「製造」しなければなりません。新日本石油は、その水素を石油製品から製造することで、安価に、大量に提供できると考えています。弊社の燃料電池システムにおける水素製造部分では、全て自社開発の高性能な触媒が導入されており、安定な発電を可能にしています。

石油製品から水素をつくるプロセス

LPG（液化石油ガス）やガソリン、灯油といった石油製品からの水素製造プロセスは、「脱硫」「改質」「CO除去（シフト&CO選択酸化）」で構成され、新日本石油が開発した高性能触媒（写真1）により、効率的に水素をつくります。そもそも原油を精製して高品質な石油製品とするためには、大量の水素が必要です。新日本石油の製油所では石油と水を反応させることにより、石油精製に必要な大量の水素を安価に製造しています。そのノウハウと触媒開発の経験を、燃料電池用水素製造触媒開発にも活かしたいと考えています。これにより、燃料電池システムに最適化された、石油製品からの効率的な水素製造が可能となります。水素製造のための石油製品とは、たとえばLPG、脱硫軽質ナフサ、灯油などを指します。

写真1　新日本石油が開発した高性能触媒
（左から脱硫触媒、改質触媒、シフト触媒、CO選択酸化触媒）

効率的なプロセスを支える高性能触媒

これらの石油製品から高効率に水素を製造するプロセスでは、各工程で触媒が非常に重要な役割を果たします（図2）。

脱硫

あらゆる石油製品は硫黄化合物を含んでいます。燃料電池向けには脱硫工程において、後段の改質工程の触媒を被毒する硫黄化合物をほぼ完全に除去する必要があります。また石油製品により、含有される硫黄化合物の種類と量が異なるため、脱硫工程は石油製品ごとに最適化する必要があります。

改質

脱硫の次の改質工程は、石油から水素を製造する最も重要な反応です。原料を100％反応させるだけでなく、それを長期にわたって維持しなければなりません。改質工程では、石油製品を原料とする場合によく見られる炭素析出による触媒性能劣化防止が課題であり、触媒は単に活性が高いだけでなく、炭素析出を抑制できる機能が求められます。新日本石油では、燃料電池用に炭素析出抑制機能を付与した高活性な長寿命触媒を開発しました。

CO除去（COシフト＆CO選択酸化）

CO除去工程では、シフト反応と選択酸化反応を組み合わせて、最終的にはCO濃度を10ppm以下にし、燃料電池の劣化を防ぎます。

効率的な水素製造のためにこのような高性能で長寿命な触媒を開発することが、石油系燃料電池システムのキーテクノロジーとなるのです。

図2　水素製造プロセスと触媒

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