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水素貯蔵材料の開発と応用    
Development of Hydrogen Storage Materials and its Applications
[コードNo.2016T998]

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■監修/ 小島由継
■体裁/ B5判 275ページ
■発行/ 2016年4月8日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 73,440円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1150-0

 
★クリーンな二次エネルギー「水素」の有効的な活用方法!
★水素を軽量かつコンパクトに貯蔵する水素貯蔵材料の開発技術をわかりやすく用途別に紹介!
★水素エネルギー利用が活発化するなかで重要性・必要性が増す水素貯蔵材料!

キーワード

水素吸蔵合金 / アンモニア/メチルシクロヘキサン / ギ酸 / 水素化カルシウム / 水素化マグネシウム / アンモニアボラン / ヒドラジン / セラミックス / 超積層体 / 錯体水素化物 / 水素精製 / 常温水素発生 / 熱利用 / 定置用水素貯蔵 / 電気エネルギー / 昇圧 / 水素除去 / 大量水素貯蔵・輸送 / 海外動向

刊行にあたって

 世界人口の増加や科学技術の進歩に伴う化石燃料の枯渇リスク、地球温暖化に対する懸念などの問題を解決するために、CO2を発生しない再生可能エネルギーを高効率的に利用する社会への移行が期待されている。再生可能エネルギーを貯蔵し輸送するためにはエネルギー密度が高く、かつCO2を発生しない地球環境にやさしい二次エネルギーが必要であり、水素はクリーンな二次エネルギーとして考えられてきた。
東日本大震災を契機としてエネルギー戦略に見直しが生じ水素エネルギーの役割は大きくなっている。我が国は「エネルギー基本計画(平成26年4月)」において明確に水素利用の導入拡大を宣言し、技術的にも世界トップクラスにある。家庭用燃料電池は日本が世界に先駆けて実用化した製品であり、2009年に発売されて以来、2015年9月には全国の累計で約14万台以上が普及している。さらに、2014年末には燃料電池自動車が発売され、水素ステーションの建設が100カ所(2015年)〜1000カ所(2025年)を目指し進んでいる。
しかしながら 水素は、常温・常圧では気体であり、高密度化するためには極低温、あるいは数10MPa以上の高圧を要す。水素を軽量でコンパクトに貯蔵するための「水素貯蔵材料の開発」は重要な課題である。水素貯蔵材料は、軽元素系/ナノ複合系/炭素系/液体水素化物/水素吸蔵合金など、各材料の特性を活かした技術開発および応用研究が行われてきた。そこで本書では、各水素貯蔵材料を用途別(水素精製、室温水素発生技術、熱利用技術、定置用水素貯蔵技術、電気エネルギー貯蔵への応用、昇圧技術、水素除去技術、次世代水素貯蔵材料・処理技術、大量水素貯蔵・輸送技術、その他)に分類し、水素貯蔵材料の活用方法を網羅する。水素貯蔵・輸送における水素貯蔵材料の位置づけを示し、水素社会へ貢献する一冊を目指す。
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池田朋美氏に感謝申しあげます。
2016年4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
秋葉悦男九州大学
石田政義筑波大学
永嶋浩二京都大学
平尾一之京都大学
石坂整アクアフェアリー(株)
相澤幹雄アクアフェアリー(株)
上杉浩之バイオコーク技研(株)
徐強(国研)産業技術総合研究所;神戸大学
土屋文名城大学
加藤敦史高砂熱学工業(株)
市川貴之広島大学
竹下博之関西大学
松尾元彰東北大学
折茂慎一東北大学
栗山信宏(国研)産業技術総合研究所
宮岡裕樹広島大学
鶴井宣仁(株)神戸工業試験場
橋本直幸北海道大学
礒部繁人北海道大学
大貫惣明北海道大学
中川鉄水琉球大学
亀川厚則室蘭工業大学;(国研)科学技術振興機構
中東潤福山大学
岡田佳巳千代田化工建設(株)
井口昌幸(国研)産業技術総合研究所
川波肇(国研)産業技術総合研究所
姫田雄一郎(国研)産業技術総合研究所
XingguoLiPekingUniversity
SanjayKumarHiroshimaUniversity;BARC, Mumbai, India
AnkurJainHiroshimaUniversity

目 次

【第1編 総論】
第1章水素貯蔵材料の歴史  (秋葉悦男)
1はじめに
2金属および金属間化合物による水素貯蔵
3固溶体合金における水素吸蔵
4無機系水素貯蔵材料
5金属水素化物および固体の有機物による水素貯蔵
6吸着系水素貯蔵材料
7液体系水素貯蔵材料
8水素貯蔵材料研究開発の流れ
第2章水素貯蔵材料の特性  (小島由継)
1はじめに
2水素貯蔵材料の基礎
3水素貯蔵材料の特性
3.1水素吸蔵合金
3.2無機系材料
3.2.1ケミカルハイドライドの加水分解
3.2.2ケミカルハイドライドの熱分解
3.2.3ナノ複合水素貯蔵材料
3.3アルカリ金属シリコン合金
3.4炭素系材料
3.5液体水素化物
4水素貯蔵材料の用途
5おわりに
【第2編 水素精製】
第1章合金  (石田政義)
1水素吸蔵合金を用いた水素精製
1.1水素吸蔵合金利用水素精製の意義
1.2水素吸蔵合金の精製機能
2COA-MIB装置の開発
2.1CO吸着剤の適用
2.2プロセス試作と性能検証
2.3高性能化へ向けてのMH容器改良
2.4COA-MIB法の応用展開
3精製用不純物耐性合金の高性能化
3.1AB5型水素吸蔵合金のCO2耐性要因解明および高性能化
3.2AB2型水素吸蔵合金の組成設計による高性能化
【第3編 常温水素発生技術】
第1章水素化カルシウム及び金属アルミニウムを用いた水素発生システム  (永嶋浩二、 平尾一之、 石坂整、 相澤幹雄)
1はじめに
2水素発生材料
2.1水素化カルシウム
2.2水酸化カルシウム-アルミニウム箔
3おわりに
第2章水素化マグネシウムを用いたマグ水素発電機の開発と今後の進め方  (上杉浩之)
1はじめに
2安全に水素を輸送・貯蔵・生成・再生可能な金属水素化物の開発
2.1水素化マグネシウムの製造
2.2水素化マグネシウムの加水分解技術の開発
2.3マグ水素発電機(マグポポ―33)の開発
2.4マグポポ330〜1MW発電機の開発
2.5使用後のMg(OH)2、MgOのリサイクル技術について
2.5.1Mg(OH)2のカスケード利用
2.5.2直流水素プラズマ炉によるMgO→Mg→MgH2、還元技術の開発
3MgH2を活用したCSR(Clean, Silent, Recycle)社会の構築
4MgH2を活用した民生用製品の開発
5まとめ
第3章アンモニアボランとヒドラジンを用いた水素発生システム  (徐強)
1はじめに
2アンモニアボランの加水分解による水素発生
3水和ヒドラジンの選択的完全分解による水素発生
4おわりに
第4章セラミックスを用いた水素発生システム  (土屋文)
1はじめに
2水(水素)吸収特性
2.1重量増加
2.2水素濃度分析
3水素貯蔵特性
3.1水素のトラップサイト占有位置の決定
4水素放出特性
4.1熱放出ガス分析
5水分解および水素の吸収・貯蔵・放出過程
6まとめ
【第4編 熱利用技術】
第1章業務用建物での水素エネルギー利用  (加藤敦史)
1はじめに
2業務用建物でのエネルギー利用
2.1業務用建物の消費エネルギー
2.2コージェネレーションシステムの活用
2.3業務用建物における水素エネルギー利用の現状
3当社水素エネルギー利用システムについて
3.1当社水素エネルギー利用システムの概要
3.2本システムの構成と特徴
3.2.1水素吸蔵合金タンク
3.2.2固体高分子形水電解・燃料電池一体型セル
3.3本システムのエネルギー利用効率
4再エネ発電と連携した本システムの将来像
4.1再エネ発電の余剰電力対策
4.2本システムによる余剰電力の活用方法
5まとめ
【第5編 定置用水素貯蔵技術】
第1章マグネシウムを用いたコンパクト水素輸送  (市川貴之)
1はじめに
2高活性マグネシウム
3触媒の化学状態
4速度論的解析
5水素貯蔵タンクとしての可能性
6おわりに
第2章Mg/Cu超積層体  (竹下博之)
【第6編 電気エネルギー貯蔵への応用】
第1章水素貯蔵材料を起点とした多様なエネルギー研究への展開―錯体水素化物を例として  (松尾元彰、 折茂慎一)
1はじめに
2マイクロ波吸収機能
3マイクロ波吸収機構の解明とリチウム超イオン伝導機能の発見
4固体電解質としての実装
5錯イオン置換によるリチウムイオン伝導度の向上
6ナトリウムイオン伝導
6.1NaBH4-NaNH2-NaI擬三元系での探索
6.2クロソボラン系Na2BnHnでの高速イオン伝導
7おわりに
第2章水素化物を用いた負極材料  (市川貴之)
1はじめに
2マグネシウムと水素化ホウ素リチウム
3水素化マグネシウムの負極特性
4おわりに
第3章ニッケル水素電池  (栗山信宏)
1ニッケル水素電池の市場展開
2ニッケル水素電池の仕組み
3ニッケル水素電池用水素吸蔵合金
3.1CaCu5構造希土類系水素吸蔵合金
3.2希土類系超格子構造水素吸蔵合金
3.3その他のニッケル水素電池用水素吸蔵合金
4おわりに
【第7編 昇圧技術】
第1章ケミカルコンプレッサー  (宮岡裕樹)
1はじめに
2高圧水素生成技術
3アンモニア-アルカリ金属水素化物(NH3-MH)系
3.1水素キャリアとしての位置づけ
3.2水素吸蔵/放出特性
3.3高圧水素生成
4おわりに
第2章水素吸蔵合金を用いた水素昇圧システム  (鶴井宣仁、 市川貴之)
1はじめに
2水素吸蔵合金の水素吸蔵特性
2.1水素吸蔵合金のPCT特性
2.2水素吸蔵合金の熱力学特性
3開発の歴史
4水素の昇圧に用いられる水素吸蔵合金
4.1水素吸蔵合金の分類
4.2AB5型合金
4.3AB2型合金
4.4AB型合金
4.5V-based BCC 固溶体型合金
5おわりに
【第8編 水素除去技術】
第1章マグネシウムを用いた水素除去システム  (橋本直幸、 礒部繁人、 大貫惣明)
1はじめに
2マグネシウム材料の製造
2.1ミリング工程
2.2加熱真空脱気工程
2.3マグネシウム材料の安全性
2.3.1マグネシウムの大気中及び水との反応性
2.3.2高機能マグネシウムの酸化性
3水素捕集装置の設計及び試作
4水素選択透過性隔膜の製作
5高安全性水素吸蔵材料の試作・製造
6模擬空間における水素捕集シミュレーション
7実用システムの提案
8今後の展望及び提言
第2章過酸化物を用いた水素除去法  (市川貴之、 小島由継)
1はじめに
2過酸化物および酸化物の水素雰囲気での熱的挙動
3Ag2O、Ag2O2、およびNiO2の水素除去特性
4おわりに
【第9編 次世代水素貯蔵材料・処理技術】
第1章アンモニアボラン系水素貯蔵材  (中川鉄水)
1はじめに
2アンモニアボランの基礎物性
3実用化目標とアンモニアボランの課題
4課題解決への取り組み
4.1触媒・添加物・多孔体
4.2イオン液体
4.3金属アミドボラン
4.4再生反応
5まとめ
第2章高圧合成法による新規水素貯蔵材料の探索  (亀川厚則)
1高圧合成法
2オートクレーブを用いた水素化物の合成
3アンビル式高圧合成法による水素貯蔵材料の探索
4水素貯蔵材料探索において高圧合成された新規化合物
4.1高圧合成された新規マグネシウム系合金
4.2高圧水素合成された新規マグネシウム系水素化物
4.3高圧水素合成された新規リチウム系水素化物
第3章水素中時効熱処理による合金の高機能化  (亀川厚則)
1HDDR法
2水素中時効熱処理によるチタン銅合金の強度と電気伝導率の同時向上
第4章水素処理によるチタン合金の結晶粒微細化と常温及び超塑性引張特性  (中東潤)
1水素処理とは
2水素処理工程
3水素処理による微細組織とその特徴
4水素処理後のチタン合金の常温及び超塑性引張特性
4.1常温引張特性
4.2超塑性
5水素処理チタン合金の応用例
【第10編 大量水素貯蔵・輸送技術】
第1章アンモニア  (小島由継)
1はじめに
2アンモニアの特性
3アンモニアの価格と安全性
4アンモニアを用いた水素のサプライチェーン
4.1アンモニア製造
4.2アンモニア貯蔵・輸送
4.3アンモニア利用
4.3.1水素キャリア
4.3.2エネルギーキャリア
5おわりに
第2章有機ケミカルハイドライド法を利用した水素の大規模貯蔵輸送技術―SPERA水素®システムと今後の展望―  (岡田佳巳)
1緒言
2有機ケミカルハイドライド法
3水素サプライチェーン構想
4“SPERA水素”システムの開発
4.1過去の開発経緯
4.2脱水素触媒の開発
4.3“SPERA水素”システムの開発
5今後の展望
5.1電力分野
5.2都市ガス分野
5.3工業分野
5.4交通分野
5.5家庭分野
6おわりに
第3章ギ酸  (井口昌幸、 川波肇、 姫田雄一郎)
1緒言
2ギ酸の脱水素化反応による水素発生
3ギ酸からの高圧水素の供給
4二酸化炭素の水素化反応による水素貯蔵
5結言
【第11編 その他(海外研究開発技術)】
第1章Research on hydrogen storage materials in China  (Xingguo Li、 日本語概要:小島由継)
1Introduction
2Conferencs of domestic and international hydrogen storage materials in China
3SCI paper publication and research fields on hydrogen storage materials
4Patents on hydrogen storage materials in China
5Some groups carrying out basic study on hydrogen storage materials in China
5.1Hydrogen Storage Research in Dalian Institute of Chemical Physics
5.2Hydrogen storage material research in South China University of Technology
5.3Hydrogen Storage Research in Fudan University
5.3.1Space-confinement for the improvement of alanates materials
5.3.2Development of ammine metal borohydrides for hydrogen storage
5.4Hydrogen Storage Research in Nanjing Tech University
5.4.1Gaseous hydrogen storage of Mg-based hydride prepared by HCS+MM
5.4.2Electrochemical hydrogen storage and hydrogen production of Mg-based hydride prepared by HCS+MM
5.5Hydrogen storage materials research in Zhejiang University
5.6Hydrogn storage research in Peking University
5.6.1Scaled-up synthesis of nanostructured Mg-based compounds
5.6.2Switchable mirror of Mg thin film
5.6.3Hydrolysis of MgH2 nanoparticles for highly efficient H2 generation
6Some groups or companies carrying out production and application of hydrogen storage materials
6.1Production of hydrogen storage alloys in Inner Mongolia Rare Earth Ovonic Metal Hydride Co., Ltd
6.2Hydrogen Storage Material Research in Advanced Technology & Materials Co., Ltd (AT&M)
6.3The research team of hydrogen storagematerials and technology in GRINM
6.4The research team of hydrogen storage alloys in Shanghai institute of microsystem and information technology (SIMIT)
6.5Hydrogen Storage Material Research in State Grid Smart Grid Institute
第2章Towards the realization of hydrogen infrastructure in India:Development of hydrogen storage material and their applications  (Sanjay Kumar, Ankur Jain, 日本語概要:小島由継)
1Introduction
2National Hydrogen Energy Road Map
3Need of Solid state Hydrogen Storage material and current status in Indian Context
4Development of hydrogen storage material for transportation application
5Development of hydrogen storage material for several niche application
6Development of Complex hydrides with high hydrogen content
7Development of hydrides for fusion reactor applications.
7.1Uranium based alloys
7.2iV-Ti-Cr alloys
7.3Zr-Co-Ni ternary alloys



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