水素製造における改質のしくみ

お世話になります。
燃料電池用の水素製造において、都市ガス等を改質して水素を取り出しているようですが、この改質を行っている改質器は具体的にどういうしくみになっているのでしょうか？改質のためには、外部から、なんらかのエネルギーを与えてやる必要があるのでしょうか？
改質の対象となる物質によって違うでしょうが、とりあえず、都市ガスなどのポピュラーなものについてお教えいただけると助かります。
よろしくお願いします。

No.5 回答者： ka234 回答日時： 2005/08/03 15:45

こんにちは。

かなり古い（10年程前）経験で、最新技術ではありませんが、
外部からエネルギーを与える必要があります。
改質器は、触媒（Ni系やRuなどの貴金属が担持されたAl2O3）が充填された管の集まりで、炉のような構造です。
この触媒上で、CH4をH2に改質します。
反応にあたって十分な反応温度が必要となり、改質器そのものを温めるために都市ガスを用います。（オンサイト型のりん酸型で、改質器の頂部が約800℃程度まで昇温します。反応炉が大きいので。家庭用の温度は？です。）
この際、電池で反応しなかった未反応ガス（ほぼ水素）を戻して都市ガスと混焼しています。
改質の際、H2O（水蒸気）を必要としますので、これも外部エネルギーといえます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時：2005/08/13 07:26

No.4 回答者： noname#12223 回答日時： 2005/08/03 12:52

＞やはり、なかなか完全にクリーンな方法はむずかしいんでしょうね。

それでも化石燃料の燃焼よりは、格段に環境にいいということですね。

難しいでしょうねえ（：；
どのくらい環境にいいか？というところで、No.3の方を引き継いで補足を。
家庭用燃料電池だと、エネルギーで言うと１００の燃料（都市ガス）から、大体３５の電気と４５のお湯が取れるとします。

もし３５の電気を、東京電力等の最新式の火力発電所（天然ガス（≒都市ガス）コンバインド方式）で作って家庭まで送るには、少なくとも７０の燃料が必要です。
もし４５のお湯を、都市ガスの最新式のガス瞬間湯沸器（潜熱回収型）で作ろうとすると、少なくとも４５の燃料が必要です。
よって、合計７０＋４５＝１１５の燃料が必要になります

⇒ざくっと言うと、この１００と１１５の差が家庭用燃料電池の省エネ＆ＣＯ２削減分になります。

（細かいところを見ると、電気は原発で作ればＣＯ２出ないから環境にやさしいはずだ（・・・）とか、平均的な家ではよっぽど風呂好きじゃない限り電気：お湯＝３５：４５ってことはないとか、立場によっていろいろツッコまれどころありますが（＾＾；）

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。
大変参考になりました。

お礼日時：2005/08/13 07:26

No.3 回答者： aburakuni 回答日時： 2005/08/03 09:47

天然ガスから水素を取り出す仕組みは２番の方のおっしゃる通りで、基本的には以下の様な反応になります。

　　CH4+2H2O -> 4H2+CO2
但し、上の式であれば100％水素と二酸化炭素に変換される訳ですが、実際には中間段階の化学反応が入り混じった形になるので、水素の多く混じった気体が燃料電池に供給される事になります。
家庭用燃料電池システムは、水を天然ガスで熱する部分、水蒸気と天然ガスから水素を取り出す改質器、水素により電気を取り出す燃料電池から出来ています。
現在の数値では、天然ガスが電気を取り出すのに最大35％の効率、熱した温水を家庭内で利用する場合に最大45％の効率が得られており、両方で最大限80％と言う高いエネルギー効率が見込まれると言うのが特徴です。
ですから「二酸化炭素を出さない」と言うより、効率的なシステムとして「少ない二酸化炭素排出」が「環境に貢献する」所以となっています。
ちなみに、水蒸気改質して水素を取り出す対象は天然ガスだけでなく、LPG・メタノール・灯油・ガソリンなどが候補に挙がっていますが、分子量が大きい程反応温度が高くなっていきます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時：2005/08/13 07:26

No.2 回答者： noname#12223 回答日時： 2005/08/02 16:58

こんにちは（＾＾

都市ガスの場合、改質は「水蒸気改質法」と言って、水蒸気を都市ガス中に吹き込んで水素を取り出す方法が一般的です。

ですから、「改質のためには、外部から、なんらかのエネルギーを与えてやる必要があるのでしょうか？」のご質問の答えは「ＹＥＳ」です。水蒸気を取り出すための燃料が必要となります。

以前省エネセンターか何かの展示会で、メーカーの方に「都市ガスを燃やして水蒸気を作って、それを都市ガスに吹き込むんですか？」と聞いたところ、そうではなくて改質して出来たＣＯ含みの水素を燃やしていると仰ってました。

ちなみに、都市ガスから水素を取り出した残りの炭素はどうなってるかというと、やっぱり二酸化炭素になって排出されているそうです（＾＾；

参考URL：http://panasonic.co.jp/appliance/FC/fc_3_002.html

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
ご紹介いただいたサイトは、まさに知りたかったことそのものです。とても参考になりました。
やはり、なかなか完全にクリーンな方法はむずかしいんでしょうね。それでも化石燃料の燃焼よりは、格段に環境にいいということですね。

お礼日時：2005/08/02 18:00

No.1 回答者： ipa222 回答日時： 2005/08/02 10:04

細かい技術は秘密のようですが、白金を使った触媒でやるようですね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
各社いろいろ方式があるんでしょうね。
あまり詳しいノウハウまでわからなくてもいいので、たとえば、「燃料電池のしくみ」みたいに概略のしくみがわかればいいのですが・・。

お礼日時：2005/08/02 11:08