SOFCを使用したメチルシクロヘキサンからの直接発電

直接生成は、MCH の脱水素反応より​​も少ないエネルギーで済みます。

日本の研究者らは、固体酸化物型燃料電池（SOFC）を使用し、従来の接触脱水素反応より​​も低エネルギーで、有機水素化物であるメチルシクロヘキサンから直接発電することに成功した。

水素を利用した燃料電池による発電は、低炭素社会を実現するための重要な技術の一つです。 豊富で多用途であり、燃料として使用した場合には水のみを排出します。

しかし、水素社会を普及させるためには、燃料電池の開発と同様に水素インフラの整備も重要です。 この目的のために現在研究されている水素キャリアには、高圧水素ガス、液体水素、アンモニア、ギ酸、有機水素化物などがあります。

特に、有機水素化物の一つであるメチルシクロヘキサン（MCH）は、水素を安全かつ効率的に輸送・貯蔵できる優れた水素キャリアとして期待されています。 触媒の存在下でMCHを脱水素すると、副生成物として水素とトルエンが生成され、その水素から電気が発生します。

しかし、脱水素反応は吸熱反応であり、回復不可能なエネルギー損失や反応に必要な設備が課題となっています。

最近、日本の早稲田大学の研究者は、SOFC を使用してメチルシクロヘキサンから直接発電すると同時に、トルエンを回収して再利用できるようにすることに成功しました。 この研究は、エネルギー要件を削減するだけでなく、燃料電池を使用した化学合成の新たな可能性を開くことが期待されています。

研究チームは、燃料電池内で有機水素化物からの脱水素化（吸熱反応）と発電（発熱反応）の 2 つのプロセスを同時に実行することを試みました。 これを達成するために、彼らは固体高分子型燃料電池よりも高温で動作するアノード支持型固体酸化物形燃料電池を使用しました。

研究チームは、有機水素化物の熱分解を許さない温度と、電極での炭素の堆積を防ぐ条件下でそれを動作させることができた。 彼らは、トルエンとベンゼンの生成比が 94:6 になったと報告しており、これは大きな成果です。

これらの結果は、SOFC が酸素イオン伝導機能を利用して MCH から直接電子を取り出して発電することに成功していることを示しています。 この方法は、脱水素設備を必要とせず、従来の触媒支援 MCH 脱水素よりも少ないエネルギーで発電できる可能性を示しています。

「燃料電池は、水素と酸素の電気化学反応を通じて高効率でカーボンフリーの電気を生成する装置として研究開発されてきました。 本研究では、この装置が有機ハイドライドからの脱水素反応や芳香環の酸素置換反応の制御に応用できることを実証しました。 将来的には、燃料電池を応用することで新しい合成化学が生み出される可能性があります」と研究を主導した福永昭彦教授は結論づけています。

参考雑誌: