本文へジャンプ

成果報告書詳細
管理番号20180000000049
タイトル平成27年度ー平成29年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム 金属水素間新規熱反応の現象解析と制御技術
公開日2018/8/7
報告書年度2015 - 2017
委託先名株式会社テクノバ 日産自動車株式会社 国立大学法人九州大学 国立大学法人東北大学
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約 本研究開発は、将来的な新規エネルギー源となりうる金属水素間新規熱反応について、その熱反応現象の実在を明らかにすることを最重要課題とし、さらに反応制御の可能性を探ることを目的として実施した。
 以下に研究開発項目、実施内容および成果について記す。
 
1) 発熱量評価装置の設計、製作、設置
 1年目において、高精度発熱量測定装置を東北大学に設置した。主装置の設計・製作・仮設置を約9ヶ月で行い、その後、試運転、調整、恒温室移設をし、設置を完了した。また、精度については設計通りの精度であることを確認した。
 
2) 発熱量評価試験の実施及びデータ取得
 神戸大学の発熱量評価装置、東北大学の新設発熱量評価装置および九州大学のDSCを用いた共同試験を全16回実施した。試料は、湿式法によるPS系、CNS系試料及びメルトスピニング法によるPNZ系、CNZ系試料を用いた。
 室温試験では、PNZ系およびPS系試料において、発熱が観測された。発熱量は、50ー100kJ/mol-H(D)程度であった。CNZ系、CNS系試料では、発熱はほとんど観測されなかった。昇温試験では、PNZ系、CNZ系およびCNS系試料において、過剰熱が観測され、PS系試料では観測されなかった。PNZ系、CNZ系CNS系試料の過剰熱のトータル積算値Eaは、2~85MJ/mol-H(D)であり、目標値(2MJ/mol-H(D))を大幅に超える値であった。また、フェーズごとの過剰熱積算値ηavでは最大26GJ/mol-H(D)が得られた。DSC測定では、PNZ系試料において、過剰熱の継続的発生を確認した。また、神戸大学と東北大学で同一試料、条件での発熱実験では、同様な発熱データが得られ、本発熱反応の実在と再現性を確認することができた。
 
3) 発熱量の評価、解析
 発熱データについて、評価・解析を行った結果、PNZ系、CNZ系やCNS系試料の昇温試験では、ブランク試験との比較において、優位に過剰熱発生を示すことを確認した。積算過剰熱量は数MJ/mol-H(D)以上であり、既存の化学反応では説明できないことを明らかにした。
 
4) 反応前後の試料分析 
 反応前後の試料分析については、XRD等による結晶相の同定、STEM/EDS等によるのナノ構造解析、ICP-MS等による元素組成分析等を行った。PNZ系試料では、基本的には同じ結晶相(ZrO2およびNiZr2)であることが分かった。ナノ構造は反応前後でほとんど変わらず、NiZr2の周りをZrO2が取り囲み、更にその界面にナノサイズのPd、Ni粒子が存在している事が観察された。CNZ系試料では、反応前は結晶相としてZrO2とNiOが主に存在し、反応後はZrO2とNiが確認された。ナノ構造は反応前にZrO2中にCuOおよびNiOが不均一に分散しているが、反応後は還元され合金化したCu-Niナノ粒子が存在することが観察された。PS系試料では、反応前の結晶相はPdOであり、反応後はPdであることを確認した。
 
5) 実用化可能性及び海外動向調査
 海外動向調査は欧米を中心に、国際学会への参加、文献調査等で情報収集を行った。世界的に、ガス吸蔵法が主流となっていることが分かった。但し、本研究開発のような精度や再現性を持った研究は少ないことが分かった。実用化可能性では、シナリオおよびロードマップを作成した。
 
6) 研究開発推進委員会の開催
 運営事務局としてテクノバを選定し、研究期間中に全9回行った。議事内容として、共同試験の結果討議および国家プロジェクト化に向けた検討等を行った。
英文要約Phenomenology and Controllability of New Exothermic Reaction between Metal and Hydrogen

Project Aim: to verify the existence of new exothermic reaction between nano-metals and hydrogen which will be applicable for future new clean energy source, and to study the controllability of generated thermal energy.

1) New Calorimetry Facility
In the first year (2015-2016) program, a new calorimetry facility was installed at Tohoku University. Evaluated accuracy of the calorimetry system is satisfactory.

2) Implementation of Heat Generation Tests
Two facilities at Kobe University and Tohoku University and a DSC apparatus at Kyushu University have been used for excess-heat generation tests with various samples. All members have joined in planned 16 times test experiments in two years (2016-2017).
Results for room-temperature condition: Data of significant hydrogen absorption and heat were obtained for Pd-containing samples of PNZ-type and PS-type. In the starting runs, 50ー100kJ /mol H(D) were observed.
Results for elevated-temperature condition: Significant level excess-heat evolution data were obtained for PNZ-type, CNZ-type CNS-type samples, while no excess heat power data were obtained for PS-type. By using PNZ-type and CNZ-type and CNS-type, we observed excess heat data of maximum 26,000kJ/ mol-H(D) -transferred or 85 MJ / mol-H(D) of total absorption in sample. Excess heat generation with PNZ-type samples has been also confirmed by DSC experiments.
Reproducibility at different laboratories: Providing two divided samples from same-batch fabricated, independent parallel test runs were carried out at Kobe University and Tohoku University. Results of excess heat generation data from both laboratories were very reproducible.

3) Analyses and Evaluation of Generated Heat Quantity
Experimental data obtained by the collaboration runs were evaluated by parallel analyses of participated members. Integrated excess heat data at elevated-temperature condition exceeded several MJ per ca. 100g sample, which is impossibly difficult to explain by known chemical reactions.

4) Sample Material Analyses before and after Runs
By XRD analyses, co-existence of ZrO2 and Zr2Ni was identified for PNZ-type samples. By STEM/EDS analyses, we could observe that nano-structure of sample did not change much before and after use. Ni and Pd atoms were seen in same localized zones in homogeneous ZrO2 supporting zone.

5) Oversea Trends of Study towards Industrial Applications
Information survey in over sea USA, Russia and European countries has been done. Activity in this field is now growing up worldwide. H(D)-gas loading method is now the major experimental approach in the world. Foreseeing the industrial applicability, road-map study was made by our joint-team to draw the realization of industrial devices

6) Program R&D Meetings
At the managing office Technova Inc. of this project, 9 R&D discussion/managing meetings were held in 2016-2017.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る