【石油学会第 59 回年会（第 65 回研究発表会）注目発表概要】 講演番号：B03（講演時間 10：00～10：20） タイトル：マイクロ波加熱を利用する低級炭化水素の直接分解反応 みやこし あきひこ 研究代表者所属：旭川工業高等専門学校（旭川高専）・物質化学工学科・教授・ 宮越 昭彦 いしまる ひろや 研究講演者（発表者） ：同校 応用化学専攻 1 年・石丸 裕也（発表者は 石丸・宮越ほか， 計 3 名） 【本研究の概要】 本研究はマイクロ波加熱装置と触媒を組み合わせ て，メタン等の低級炭化水素を分解し，高純度水素 と機能性炭素を製造する反応（CH4 →2H2+ C）を効 率的に行うプロセスや触媒を開発するものです． 本研究の特徴は， 「高純度水素」と「機能性炭素」 を同時生産することであり，いずれも世界的に解決 が叫ばれている環境・エネルギー問題に直接貢献で きる技術になります． 「水素製造」の観点では，全く CO2 を排出せずに 高純度な水素が製造できます．なお，水素をエネル ギー源とする燃料電池の市場規模は 2025 年に世界 で 5 兆円規模になると試算（政府）され我国も開発 が急務となっています．また，昨年の COP21 では温 室効果ガス排出規制の動きが一段と厳しくなる見込 みです。本研究が実用化されると CO2 の他に，より 温室効果が高いメタンに関しても効果的に環境・エ ネルギー対策を講じることができます．具体的内容 を「水素製造に関して」の項に記述しています． 「機能性炭素」は，カーボンナノチューブやグラ フェン等でさまざまな炭素材料の開発が世界的に取 り組まれています。炭素市場は水素市場同様相当な 規模と推算されます．本研究で得られる炭素は，触 媒原料に含まれるニッケル（Ni）とメタンにより分 解した炭素が複合した金属－炭素複合体であり， 我々は Ni の周辺に球状炭素（フラーレン）が幾重に も取り囲むタマネギ様の形状から「Ni 包含カーボン ナノオニオン」と命名しています．このような金属 －炭素複合体の量産技術はまだ実用化されていませ ん。そして、この Ni 包含カーボンナノオニオン自体 にも従来の炭素材に無かった新たな機能が見出され ており，新しい素材市場の開拓が期待できます． 別紙１（パワーポイント資料）に，本研究が社会 にどのように貢献できるかを表しました．広く得ら れるメタンや低級炭化水素の使途，再生可能エネル ギーで得た余剰電力の利用，そして得られた水素や 炭素材をどのような分野に活用できるかをイメージ してまとめました．これらの成果が形となれば，電 波を利用した新素材作成の学術的研究や実用化研究 が進展し，新産業が興る可能性があります． 【水素製造に関して】 現在の水素製造の主力である「水蒸気改質法」は， CH4＋H2O→3H2＋CO（合成ガス化反応）と CO＋H2O →H2+CO（CO シフト反応）の 2 段階から成ります． 2 一方，メタンの直接分解反応は，CH4→2H2＋C で表 され、原理的に CO2 は生成しません． 従来の触媒研究においては，メタン直接分解は実 現できないとされてきました．その理由は使用され る触媒がメタン分解時に発生する炭素成分で被毒 （触媒表面が炭素成分にカバーされてしまう現象） されるために，分解性能や耐久性が保障できないか らです．本研究でそれを可能にした理由が「マイク ロ波加熱の特殊性」にあります．マイクロ波は電波 の性質により，吸収され易い物質と吸収されにくい 物質に分けられます．本研究の触媒には，マイクロ 波特性を考慮して，高いメタン分解活性と触媒の被 毒現象を引き起こさないよう設計が施されています． （現在も研究展開中）これらメタンの直接分解に関 して，マイクロ波加熱で触媒被毒現象が避けられる ことを初めて見出し，それに応じて触媒開発した点 が，最大の成果になると考えております． 【機能性炭素製造に関して】 別紙２（パワーポイント資料）では，本研究で得 られるメタン分解炭素（Ni 包含カーボンナノオニオ ン）の透過型電子顕微鏡写真（TEM 写真像）と応用 が期待される内容を挙げております． Ni－カーボンナノオニオンは電気伝導性に優れて おり，電極反応の酸化還元応答特性として，現在の 主力である，白金／カーボン系電極に匹敵するデー タが一部で得られています．これが実現できれば， 燃料電池分野で課題となっている白金系電極の代替 素材（安価な炭素電極材）として応用できます． もう一つの期待できる活用法が、未だ世界で実用 化されていない金属－炭素による「効率的水素貯蔵 体」の開発です．イメージ図では，1 つの球状炭素 層の水素吸着イメージで表現しています．実際には １つの構造体について，100 層～500 層のフラーレン 様炭素が重なり，さらに中心に水素吸蔵体があるた め，金属の水素吸蔵機能と多層炭素体の水素収容機 能を組み合わせた大容量水素貯蔵体が開発できると 考えています．現在，水素貯蔵性能や炭素体の生成 法について検証中です．今回の報告では，エチレン やプロパン（LP ガス）原料についても発表します． なお，本内容は 5 月 23 日（月）から開催される石 油学会第 59 回年会において発表します．
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