研究内容

へリオスタット(下図参照)という太陽光反射追尾装置を使って太陽光を集めて高温にして化学反応を進行させると太陽エネルギーから化学燃料を作ることができます。このような高温太陽化学反応を進行させる素材として化学反応性セラミックスを開発し、集光太陽エネルギーを用いて天然ガスからメタノール燃料を製造する技術等への応用や実用化を目指しています。 また、玉浦研究室は国際共同研究として東工大式ビームダウン集光施設を開発しています。これは、下の2つ目の図にあるようにヘリオスタットを用いて一度中央反射鏡に集光を反射させ、その反射光を地上に反射させて化学反応を行うものです。このビームダウン装置では、１つ目の図のように地上で反応を行わないためメンテナンスが楽になるメリットがあります。

最近の研究成果：
Hiroshi Hasuike, Yoshio Yoshizawa, Akio Suzuki and Yutaka Tamaura, ” Study on design of molten salt solar receivers for beam-down solar concentrator”, Solar Energy, 80 (10), 1255-1262, (2006).

化学反応によって太陽エネルギーを化学エネルギーに変換できると、太陽エネルギーを導入した分の化石燃料使用量が減らせ、二酸化炭素の削減に貢献し、地球環境問題を解決する有効な手段の一つと位置づけられます。 この方法では、上記のビームダウン装置で発生させた水素ガスなどをメタノールやジメチルエーテルとして既存のインフラで輸送できるためサンベルト地帯以外で太陽エネルギーを利用できるようになります。

金属酸化物を用いた二段階水分解サイクルは、集光太陽光を金属酸化物に照射し酸素を放出する吸熱反応である酸素放出過程と、得られた金属還元体と水との反応により水素を発生させる水素発生過程から成り立っています。このサイクルにより、太陽エネルギーを水素エネルギーに変換することが可能です。



最近の研究結果：

H. Kaneko, T. Yokoyama, A. Fuse, H. Ishihara, N. Hasegawa and Y. Tamaura, “Synthesis of New Ferrite, Al-Cu ferrite, and Its Oxygen Deficiency for Solar H2 Generation from H2O”, Int. J. Hydrogen Energy, 31, 15, 2256-2265, (2006).

H. Kaneko, T. Miura, H. Ishihara, S. Taku, T. Yokoyama, H. Nakajima and Y. Tamaura “Reactive ceramics of CeO₂-MO_x (M=Mn, Fe, Ni, Cu) for H₂ generation by two-step water splitting using concentrated solar thermal energy. “, Energy, 32, 5, 656-663, (2007)

S. Taku, H. Kaneko and Y. Tamaura, “Two-step water splitting reaction with　Ce-Zr oxide system for solar hydrogen production”, Eco-Engineering,　19　(4), 255-262. (2007)

H. Ishihara, H. Kaneko, N. Hasegawa, Y. Tamaura, ” Two-step water splitting process with solid solution of YSZ and Ni-ferrite for solar hydrogen production”, Solar Energy Engineering, In Press.

H. Kaneko,H. Ishihara, S. Taku, Y. Naganuma. N. Hasegawa, Y. Tamaura, “Cerium ion redox system in CeO₂-xFe₂O₃ solid solution at high temperatures (1,273-1,673K) in the two-step water splitting reaction for solar H₂ generation.” Journal of Materials. Science, In Press.

実際に二段階水分解反応を実用化させるためには集光太陽熱を効率よく利用するための反応炉が必要になるため、玉浦研究室ではロータリー式太陽反応炉を開発しています。これは試料を表面に塗布したローターが回転することで、酸素放出反応と水素生成反応が連続的に繰り返して行うことができる構造になっており、ソーラー水素の連続生産ができます。下の図は、1号機の概略図と実験中の写真、また2号機の概略図とその写真です。図や写真で見るよりも実物をみると凄みが分かりますので研究室を訪れてください。


図　ロータリー式太陽反応炉一号機の概略図と写真


図　ロータリー式太陽反応炉二号機の概略図と写真
最近の研究結果：

H. Kaneko, T. Miura, A. Fuse, H. Ishihara, S. Taku, H. Fukuzumi, Y. Naganuma, Y. Tamaura, “Rotary-Type Solar Reactor for Solar Hydrogen Production with Two-step Water Splitting Process.” Energy & Fuel, 21, 2287-2293, (2007)

地球環境保全の重要性から、超伝導磁石を用いた省エネルギー型での環境汚染除去技術開発の共同研究を推進しています。また、超電導磁石により発生する強磁場を利用して、水溶液中でのフェライト化（鉄系酸化物生成）反応による環境水中の有害イオンを磁気分離により除去する研究を行うなど、資源リサイクル・環境保全技術に関する研究を推進しています。