はい！ 奈央です。
今回も水素を貯蔵する方法の2番目の方法についてです。
1.高圧で圧縮して貯蔵
2.低温で液化して貯蔵
3.金属などに吸蔵・吸着させて貯蔵
4.他の物質に変換して貯蔵
2.低温で液化して貯蔵 のつづき
＊下記の内容のURL： 20220411.pdf (jst.go.jp)
革新的水素液化技術への挑戦
～実用的な磁気冷凍法による水素液化コスト削減に道～
2022年4月11日
国立研究開発法人物質・材料研究機構 （NIMS）
国立大学法人金沢大学
独立行政法人国立高等専門学校機構大島商船高等専門学校
国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）
上記からなる研究チームは、磁気冷凍システムの極低温における駆動を実現し、このシステムによる水素の液化に成功しました。
本研究により、磁気冷凍法による実用的な水素液化が実証され、低コストで省エネルギーな水素液化プラントの開発に一歩前進しました。
2050年の脱炭素社会実現に向け、水素エネルギー利用が加速しています。
水素社会の実現に必要なインフラのうち貯蔵や輸送は、エネルギー密度の観点から液体であることが有利です。
水素は約20K (-253℃)という極低温で液化するため冷凍機が必要となります。
しかし、これまで利用されてきた気体式冷凍機の液化効率は最大25%程度であり、液化価格が水素製造価格の3分の1を占めることが、水素供給価格の削減および水素社会実現に対する障壁となっています。
このため液化効率の劇的な向上が求められています。
液化効率を大きく上げる有望な技術に磁気冷凍があります。これは、磁性体への磁場の有無の変化に伴う吸熱・発熱反応を利用した冷却技術です。
従来の課題であった液化効率の50%以上達成が理論的には可能です。
磁気冷凍の原理
① 磁場をかける (励磁) と、磁性体の磁気モーメントが整列、磁性体は発熱する。この熱を排熱後、② 磁場を取り除く (消磁) と、磁気モーメントの向きは乱雑になり磁性体は吸熱して周辺の熱を奪うので、③この状態の時に冷やしたい物質を近づけると冷却することができる。
しかし、これまで試されてきた水素液化用磁気冷凍は冷却動作温度範囲が数℃と狭いので、より実用的に水素を液化できる磁気冷凍システムには冷却動作温度範囲の拡大が必要でした。
これを解決するために能動的蓄冷式磁気冷凍 (AMRR) が提案されています。
AMRRサイクルを構成する4つの過程
まず初めに、磁性体と熱交換ガスが磁性体容器内に充填されており、磁性体容器下側の熱交換ガス流路の間に水素吹込み容器が設置されている 。
(1) 磁性体に磁場をかける (励磁) と、磁性体は発熱し周辺の熱交換ガス (ヘリウム) を暖める 。
(2) 熱交換ガスを低温端 (下部) から上方向に流して熱を高温端側 (上部) へ輸送し、磁性体の温度を下げる。
(3) 磁性体から磁場を遠ざける (消磁) と、磁性体は吸熱し周辺の熱交換ガスの熱を奪い冷やす。
(4) 冷熱の熱交換ガスを高温端 (上部) から下方向に流すと冷えた熱交換ガスが経路外に排出される。排出流路の間の別容器に水素ガスを流し込み冷却する。
(1) から (4)の過程 を繰り返していくと磁性体容器下部の低温端は徐々に冷えていき、水素容器内の水素も温度低下しやがて液化する。
本研究チームは、最適化された超伝導磁石の磁場中に磁性体を出し入れすることで、高効率で発熱の少ない磁場変化を与える機構を開発しました。
さらに、AMRRに最適化した熱交換器を開発するとともに、磁性体形状の改良を行いました。
これらにより、冷却動作温度範囲の拡大と極低温で安定したAMRRサイクルを実現し、世界で初めてAMRRによる水素の液化に成功しました。
本研究で開発したAMRRシステムの断面図と上下の磁性体と液化ステージおよび液面計の拡大図と磁性体 HoAl2の写真 液化ステージ内には液面計を配置した液化槽があり、水素は室温タンクからここに供給される。
今後、この技術を高めることで、より高出力、高効率の磁気冷凍機を開発し、低コストで省エネルギーな水素液化プラントの実現を目指します。
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超電導磁石で極低温まで冷やすなんて凄い発想ですよね。
この方法で、より効率的に液体水素が製造できたら、水素社会の到来も夢ではなくなるかもしれませんね。
はい！ 今回はここまでです。
次回は、3.金属などに吸蔵・吸着させて貯蔵についてです。
それじゃあ、またね。
