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水素製造・吸蔵・貯蔵材料と安全化    
[コードNo.10STA062]

■体裁/ B5判上製本 379ページ
■発行/ 2010年 8月 30日 サイエンス&テクノロジー(株)
■定価/ 32,400円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-86428-004-4
 
★水素は燃やしても水以外の排出物は出さないクリーンエネルギー!
★次世代の水素製造技術、吸蔵・材料技術、安全化まで徹底網羅!

書籍趣旨

 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)

著者

橋本辰彦NEDO
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)

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
1.1水素製造システムの概要
1.2水蒸気改質反応
1.3部分酸化反応
1.4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
2.1灯油を原料とする水蒸気改質反応技術
2.2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
2Ni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
4.4CO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
2.1IS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@ 原子力による水素製造プラントの検討
5開発例A 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
1.1Ni触媒の調製と反応
1.2Ni/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
2.1Fe/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
2Mg系水素吸蔵合金の開発
2.1従来のMg基合金
2.2Mg基合金設計の新しい試み
3Ti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
4FCC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
2.1SWCNT試料の細孔構造
2.2SWCNT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
2CnanoHx-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
5.1H2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
2.2MA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
3.2TiFe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
1CFRP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
1.3OCH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
3.1SSRT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
1MgH2の製造法
1.1MgH2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
2MgH2製造設備のスケールアップ
3MgH2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
5.1MgO/Mg(OH)2の再利用
5.2Mg/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
2C-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
3.1C-FRP容器の種類と構造
3.2Type3 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
4.1Type3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



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