珪藻土ベース触媒を用いた流動層によるギ酸およびメタノールからの水素製造と高速クロマトグラフィー水素検出
Hydrogen Production from Formic Acid and Methanol in a Fluidized Bed Made Out of Diatomaceous-Earth-Based Catalysts with Fast Chromatographic Hydrogen Detection
堆積岩モラーから分離された珪藻土を基盤とする3種類の不均一系触媒(Cu@DE、Co3O4@DE、NiO@DE)を湿式含浸法により調製した。これらの触媒を用いて、ギ酸およびメタノールから水素を製造する流動層反応の触媒性能を評価した。Cu@DE触媒は最も高い水素製造効率を示し、377°Cでのギ酸分解で94%、400°Cでのメタノール転換で96%に達した。NiO@DE触媒は、332°Cで92%の水素効率でメタノール転換温度の低下を可能にした。プロセス生成物の包括的な同定のために、FTIR–GC–PDHID分析アプローチが初めて適用された。赤外線活性種はフーリエ変換赤外分光法で分析され、赤外線不活性水素はクロマトグラフィーカラムで分離され、パルス放電ヘリウムイオン化検出器で定量された。また、0.05 Hzの周波数で評価可能な迅速な逐次水素分析手順が確立された。計算されたTOFおよびGHSV値は、Cu@DE流動層触媒が既存の流動層および固定床反応器システムと比較して競争力のある性能を持つことを確認した。
- Cu@DE触媒がギ酸分解で94%(377°C)、メタノール転換で96%(400°C)の水素製造効率を達成
- NiO@DE触媒が332°Cで92%の水素効率でメタノール転換温度の低下を実現
本研究成果は、珪藻土(堆積岩由来の安価な天然材料)を触媒担体として用いた水素製造触媒の開発であり、既存の貴金属系触媒と比較して材料コストの大幅な低減が期待できる点に投資価値がある。特にCu@DE触媒がギ酸分解で94%、メタノール転換で96%という高い水素製造効率を示し、流動層プロセスとして実用化が進めば水素サプライチェーンにおけるオンサイト水素製造コストの低下につながる可能性がある。ただし、現時点では実験室スケールでの成果であり、スケールアップや長期耐久性の実証が必要である。