持続可能な水素製造法に適用する水素分離膜と膜システムの開発

   化石資源は膨大な時間をかけて地球に降り注いだ太陽エネルギーが気の遠くなるような時間をかけて熟成されたエネルギーの缶詰です。持続可能な社会では、事実上再生できない化石燃料に頼らず、日々降り注ぐ太陽エネルギーから上手にエネルギーを取り出し、これを上手に使う必要があります。創エネと省エネの技術が必要なのです。分離膜を用いるガス分離もその技術の一つと考えています。膜分離は従来のガス分離法に比べてエネルギー消費量が原理的に少なく、また、分離膜をコンパクトにできるため他の装置に組み込んで複合化することが容易です。創エネへの応用の一つが本研究です。光触媒は太陽エネルギーを用いて水から水素を発生させる技術です。その性能は実用化のレベルに近づきつつあります。ただ、同時に発生する酸素から水素を効率よく安全に分離するガス分離技術も必要です。本研究はそこに膜分離を適用するための研究です。

分子ふるい素材と高分子の複合膜作製技術の開発

  ガス分離膜は二酸化炭素や水素、窒素、メタンなどの「分子を分ける」フィルターのようなものです。分子サイズの差、あるいは化学的性質の差を利用して分けます。既に実用化されている分離膜は高分子膜です。安価で製膜性が良く、ある程度の分離性能を持つので化学プロセスの様々なガス分離で使われています。より広い用途に応用することで化学工業の消費エネルギーを一層削減できると考えられます。そのためにはより高い分離性能を持つ分離膜が必要です。ゼオライト膜やシリカ膜など高分子よりも分子ふるい性能が格段に優れた分離膜が開発され実用化の段階まで来ていますが、広く普及させるためには製造コストの削減が不可欠です。そこで、安価で成形加工性に優れた高分子に分子ふるい性能が優れるゼオライト粒子などを混ぜることで、高分子よりも分子ふるい性能に優れる分離膜を安価に作成する技術が注目されています。本研究はこのような異なる素材を混合した複合膜の開発を行っています。

炭素膜のガス透過分離特性の制御に関する研究

   化学工業で消費されるエネルギーの半分以上は分子混合物の分離に使われていると言われています。ガス混合物と液体混合物の分離です。原理的に消費エネルギーが少ない膜分離法を従来よりも広い範囲に応用できれば、化学工業の消費エネルギーの低減につながると考えています。そのためには分離特性を制御できる分離膜の作製技術が必要です。本研究で注目している炭素膜は高分子の薄膜を不活性雰囲気の下、500℃～900℃の温度範囲で焼いて作ります。その分離特性は焼成条件に強く依存します。最近、第2成分の追加で分離性能を大きく変える技術が注目されています。我々も再現に成功しました。高性能で高コストであるシリカ膜に迫る高い性能を比較的低コストで実現できる可能性があります。しかし、追加成分が作用するメカニズムや焼成条件の影響には不明な点が多数あります。本研究はこれらの解明を目指し、作製条件と分離性能との関係を調べています。