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アンモニアを用いた水素エネルギーシステム    
Hydrogen Energy System Using Ammonia
[コードNo.2015T974]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 小島由継
■体裁/ B5判 239ページ
■発行/ 2015年6月8日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 69,120円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1073-2

 
★水素社会に向け、古くて新しい素材「アンモニア」に期待
★水素含有量率、水素密度が高く、分解時には水素、窒素、水のみが発生するカーボンフリーなアンモニアのエネルギー
  利用に注目
★水素キャリアとしてまた燃料電池への応用から直接燃焼まで有用な技術を紹介

キーワード

アンモニア生成/低温・高温熱化学/水熱分解/ハーバー・ボッシュ法/合成触媒/ルテニウム触媒/常温常圧電解合成/ガスタービン/水素貯蔵/水素吸蔵/エネルギーキャリア/人工光合成/有機廃棄物/燃料電池/CO2フリー

刊行にあたって

CO2フリーの水素社会を目指して
人類は、地球規模で、エネルギー問題(化石燃料の枯渇)と環境問題(エネルギー消費による環境汚染)に直面している。国連の気候変動に関する政府間パネル(IPCC)は2014年11月2日、地球温暖化の悪影響を避けるために、今世紀末には温室ガスの排出量をほぼゼロにする必要がある報告書を発表している。報告書によると人類に許される二酸化炭素排出量は残り一兆トンである。国際エネルギー機関(IEA)によると、年間317億トン(2012年)の二酸化炭素が排出されており、約30年で限界に達する。原子力発電は二酸化炭素を削減するための切り札として考えられてきた。ところが、2011年3月11日に発生した東日本大震災にともなう原子力発電所の事故により、現在(2015年2月)、その割合は30%(2010年)からゼロとなっている。一方、再生可能エネルギー(太陽熱・光 、風力、地熱、水力、バイオマス等)は、エネルギー密度が低い上に自然を相手にするため、時間的な変動が大きく扱いにくいといった課題を有しているものの、次世代クリーンエネルギーとして注目されている。これまで、再生可能エネルギーを大量に貯蔵し輸送するために水素が考えられてきた。しかし水素は常温、常圧では気体であり、液化するためには極低温あるいは数10MPa以上の高圧を要する。従って、水素を安全かつ多量に貯蔵・輸送することは困難である。
これに対して、水素を貯蔵・輸送が容易なアンモニア(NH3)に変換し、水素エネルギーキャリアをアンモニアに代える水素社会が考えられる。エネルギー基本計画2014や水素・燃料電池戦略ロードマップ(経済産業省)にアンモニアが盛り込まれることによって、水素エネルギーキャリアとしてのアンモニアに注目が集まってきている。
本書では再生可能エネルギーからの水素・アンモニア製造、アンモニア貯蔵・輸送、アンモニア利用技術の現状について説明した。現在、国内では石油換算5億トン/年でエネルギーが使用されている。アンモニアのエネルギー量は単位重量当たり石油の約50%であり、アンモニアを国内で消費するエネルギーとして利用する場合、CO2フリーのアンモニアが10億トン/年必要である。アンモニア製造、貯蔵・輸送、利用技術の開発が進み、22世紀には化石燃料に依存しないアンモニアを用いた水素社会の到来が望まれる。
最後に、ご多忙の中をご執筆いただいた皆様方および本書刊行のためにご尽力いただいたシーエムシー出版の門脇孝子氏に感謝申しあげます。

2015年3月
広島大学 先進機能物質研究センター長 小島由継

著者一覧

小島由継広島大学
稲垣嘉之国立研究開発法人 日本原子力研究開発機構
宮岡裕樹広島大学
児玉竜也新潟大学
郷右近展之新潟大学
松本広重九州大学
秋鹿研一放送大学;東京工業大学名誉教授
李星国北京大学
原亨和東京工業大学
北野政明東京工業大学
細野秀雄東京工業大学
田辺資明東京大学
西林仁昭東京大学
押切友也北海道大学
上野貢生北海道大学
三澤弘明北海道大学
伊藤靖彦アイ’エムセップ(株)
中島田豊広島大学
西尾尚道広島大学
花田信子筑波大学
市川貴之広島大学
Martin Owen JonesSTFC ,ISIS
高橋潤一帯広畜産大学;同齊大学
永岡勝俊大分大学
松井敏明京都大学
小林秀昭東北大学
壹岐典彦国立研究開発法人 産業技術総合研究所
青木芳尚北海道大学
首藤登志夫首都大学東京
Youngmin WooKorea Institute of Energy Research

目 次

総論 水素エネルギーキャリアとしてのアンモニア (小島由継)
1はじめに
2アンモニアの特性
2.1水素キャリア(水素貯蔵材料)の研究開発
2.2アンモニアの熱力学的構造安定性
3アンモニアの価格と安全性
3.1アンモニアの価格
3.2アンモニアの安全性
4アンモニアを用いた水素社会と水素エネルギーシステム
4.1アンモニアを用いた水素社会
4.2アンモニアを用いた水素エネルギーシステム
5まとめ
〔第1編 水素・アンモニア製造〕
第1章熱化学法ISプロセスによる水からの水素製造 (稲垣嘉之)
1はじめに
2熱化学水素製造法の原理
3ISプロセスの原理
4ISプロセスの研究開発状況
5ISプロセスのエネルギー源
6まとめ
第2章低温熱化学水素製造 (宮岡裕樹)
1はじめに
2熱化学水素製造
3低温型熱化学サイクル
4アルカリ金属系熱化学サイクル
5おわりに
第3章高温熱化学水素製造 (児玉竜也、郷右近展之)
1はじめに
2太陽集光システム
3水熱分解サイクル
4天然ガス(メタン)のソーラー改質
5石炭・バイオマスのソーラーガス化
6総括と展望
第4章水蒸気電解 (松本広重)
1はじめに
2水・水蒸気電解とその熱力学的特徴
2.1水・水蒸気電解の手法
2.2水・水蒸気電解の熱力学的特徴
3水蒸気電解
3.1プロトン伝導体および酸化物イオン伝導体を用いた水蒸気電解
3.2プロトン伝導性酸化物
3.3水蒸気電解に向けたプロトン伝導体の開発
3.4プロトン伝導性酸化物を用いた水蒸気電解
4まとめと今後の展望
第5章ハーバーボッシュ法とルテニウムを触媒とするアンモニア合成 (秋鹿研一)
1アンモニアが支える社会、合成触媒の発明とプロセスの変転
2金属触媒による合成反応の機構と鉄触媒の特長
3各種金属元素によるアンモニア合成活性の特長と一般則
4鉄触媒とルテニウム触媒の特長比較
5「ルテニウムが電子供与性促進剤を特別に感受する」ことの発見と工業化の道
第6章水素化物ナノ粒子を用いたアンモニアの合成 (李星国)
1ナノ粒子の研究
2アークプラズマによるナノ粒子の作製
3希土類金属ナノ粒子の作成
4アンモニアの触媒合成
4.1CeH3ナノ粒子によるアンモニアの室温大気圧合成
4.2Sm3H7ナノ粒子によるアンモニアの室温大気圧合成
第7章高活性なアンモニア合成触媒 (原亨和、北野政明、細野秀雄)
1はじめに
2アンモニア生成と触媒
312CaO・7Al2O3エレクトライド(C12A7:e-)
4Ruナノ粒子を担持したC12A7:e-(Ru/C12A7:e-)
5C12A7:e-の水素吸蔵・放出能
6おわりに
第8章常温常圧でのアンモニアの合成 (田辺資明、西林仁昭)
1はじめに
2遷移金属錯体を用いた化学量論的アンモニア合成
3遷移金属窒素錯体を用いた触媒的アンモニア合成
4触媒的シリルアミンの合成
5おわりに
第9章可視光を用いた空気中の窒素からの人工光合成によるアンモニア合成 (押切友也、上野貢生、三澤弘明)
1はじめに
2プラズモン誘起水分解
3プラズモン誘起アンモニア合成
4おわりに
第10章水と窒素からの常圧アンモニア電解合成 (伊藤靖彦)
1はじめに
2アンモニアの電解合成
3水素と窒素からの常圧アンモニア電解合成
4水と窒素からの直接常圧アンモニア電解合成
5本電解合成法の将来展望
6おわりに
第11章有機廃棄物を原料としたアンモニア製造の可能性 (中島田豊、西尾尚道)
1はじめに
2再生可能有機資源からの水素・アンモニア製造
3有機資源の水素発酵
4有機資源からの間接的水素製造(メタン発酵)
5アンモニア回収型メタン発酵(AM-METプロセス)の開発
6AM-METプロセスによる脱水汚泥からのアンモニア、メタン回収
7まとめ
〔第2編 アンモニア貯蔵・輸送〕
第1章液体アンモニアを媒体とする水素貯蔵・輸送 (花田信子、市川貴之)
1液体アンモニア輸送
2液体アンモニア電気分解による水素生成
3アンモニアと金属水素化物を用いた水素貯蔵システム
4おわりに
第2章アンモニア吸蔵材料を用いた安全なコンパクトタンク (市川貴之)
1はじめに
2アンモニア吸蔵材料
3可搬式アンモニアガスボンベ用材料
4おわりに
第3章Investigating and Understanding Solid-State Ionic Ammine Materials (Martin Owen Jones)
1Introduction
2A Historical Perspective
3Understanding the Physical Properties of Ionic Ammines
3.1Underlying properties -Materials Characterisation
3.2Underlying properties - Understanding Properties
〔第3編 アンモニア利用〕
第1章家畜排泄物からのアンモニア生産と燃料電池への応用 (高橋潤一)
1畜産分野におけるアンモニアの発生と利用について
2エネルギー輸送媒体としてのアンモニア
3エネルギー源としてのアンモニアの利用
4家畜糞尿アンモニア燃料電池
第2章ルテニウム(Ru)系分解触媒 (永岡勝俊)
1エネルギーキャリアとしてのアンモニアの利用
2種々の金属触媒を用いたアンモニア分解
3アンモニア分解のメカニズム
4Ru触媒を用いたアンモニア分解反応
5今後の展望
第3章直接利用技術(燃料電池) (松井敏明)
1はじめに
2アンモニアを燃料とする固体酸化物形燃料電池
3低温・中温で作動するアンモニア燃料電池
4おわりに
第4章直接燃焼・ガスタービン (小林秀昭、壹岐典彦)
1アンモニア直接燃焼によるエネルギー利用
1.1アンモニア燃焼の基礎特性
1.2NOx生成過程
2アンモニア直接燃焼ガスタービンによる発電
2.1ガスタービン発電
2.2アンモニア直接燃焼ガスタービンの試作
2.3アンモニア供給設備
2.4アンモニア直接燃焼ガスタービンの試験概要
第5章直接アンモニア形水素膜燃料電池の可能性 (青木芳尚)
1背景
2水素膜燃料電池(HMFC)
3水素膜燃料電池の作製
4直接アンモニア形水素膜燃料電池の性能
5おわりに
第6章アンモニアを利用したエンジンシステム (首藤登志夫)
1エンジン燃料としてのアンモニア
2排気熱を利用したアンモニア分解により水素を生成する水素エンジンシステム
2.1アンモニアの熱分解による水素生成
2.2水素エンジンの排気熱を利用したアンモニア分解による水素生成と排熱回生
2.3アンモニアが残存する水素の燃焼と排気特性
3アンモニアによる低温酸化抑制効果を利用したHCCI燃焼エンジンシステム
3.1アンモニアによる低温酸化抑制効果を利用した着火時期制御
3.2アンモニアがジメチルエーテルの自己着火に与える影響についての素反応解析
4まとめ
第7章Recent progress on the Ammonia-Gasoline and the Ammonia-Diesel Dual Fueled Internal Combustion Engines in Korea (Youngmin Woo)
1Ammonia Fuel
2Ammonia Fueled Spark Ignition Engine
3Ammonia Fueled Compression Ignition Engine
4Conclusion



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