下水ガスをクリーンな水素燃料に変える

下水ガスをクリーンな水素燃料に変える 化学
研究者たちは、有毒ガスをクリーンな燃料に変える方法を発見した。この方法では、モリブデンという元素を加えてガスを別々の元素に分解します。

科学者たちは、臭くて有毒なガスをクリーンな燃料に変える新しい化学プロセスを発見しました。

このプロセスは、米国化学会誌ACS Sustainable Chemical Engineeringに掲載され、一般的に「下水ガス」と呼ばれる硫化水素を水素燃料に変えるものです。硫化水素は、糞尿の山や下水管から排出されるほか、石油やガスの精製、製紙、鉱業などの産業活動において重要な副産物となっています。

今回のプロセスでは、比較的少ないエネルギーと、比較的安価な原料である硫化鉄に微量のモリブデンを添加しています。

硫化水素は、卵が腐ったような臭いがするだけでなく、毒性が強く、配管を腐食させたり、人の健康を害したりします。

「硫化水素は、産業界や環境にとって最も有害なガスの1つです。」と、本研究の共同執筆者であり、オハイオ州立大学の化学・生体分子工学のリサーチアソシエイトであるLang Qin氏は語ります。「硫化水素は非常に有害なガスなので、多くの研究者が、硫化水素をそれほど有害ではない、できれば価値のあるものに変えたいと考えています。」と述べています。

今回の研究は、同じ研究グループが過去に行った、空気と燃料を直接接触させることなく、高圧反応器に金属酸化物の粒子を加えて燃料を燃焼させる「ケミカルルーピング」と呼ばれるプロセスを利用したものです。この研究チームは、二酸化炭素を大気中に放出することなく化石燃料を電気に変換するために、まず石炭やシェールガスにケミカルルーピングを使用しました。最初のプロセスでは、酸化鉄を使って化石燃料を分解しました。

その後、研究者たちはこのコンセプトを硫化水素に応用し、硫化水素を水素に変換する「SULGENプロセス」を考案しました。研究者たちは、純粋な化学物質である硫化鉄が、工業用に必要な大規模なスケールではうまく機能しないことを発見した、とQinは言います。研究チームは、より大量にその変換を触媒することができる他の安価な化学物質を見つけようとしてきました。今回の研究では、硫化鉄に微量のモリブデンを導入することが魅力的な選択肢であることがわかりました。

この材料は比較的安価で入手しやすいため、大規模なオペレーションには魅力的な選択肢となります。

この有毒ガスを水素燃料に変換することで、気候変動の大きな原因となっている石油やガスの代替となる、と研究者たちは述べている。

本研究の筆頭著者であり、オハイオ州立大学クリーンエネルギー研究所の大学院生であるKalyani Jangam氏は、「私たちの研究が、これまでの水素燃料製造技術に取って代わるかどうかを判断するのはまだ早いです。「しかし、私たちが行っているのは、この分解プロセスを調整して、そこから価値のある製品を作ることなのです。」と述べています。

この最新の研究では、モリブデンが硫化水素の分解を改善し、水素燃料と硫黄の2つの部分に分けることを発見しました。

この研究は科学的プロセスの初期段階であり、研究者たちは実験室でこのプロセスが機能することを示しましたが、産業レベルでのテストはこれからです。

Qin氏は、「私たちは有害ガスの問題を解決したいと考えており、この化学ループプロセスがそれを可能にすると考えました。そして今回、付加価値のある水素燃料を作る方法を研究室で発見したのです。」

この論文の上席著者は、オハイオ州立大学の化学・生体分子工学教授であるLiang-Shih Fan教授です。また、Fan教授の研究室で博士課程に在籍していたYu-Yen Chen氏も貢献しています。

Published by The Ohio State University. Kalyani Jangam et al, Mo-Doped FeS Mediated H2 Production from H2S via an In Situ Cyclic Sulfur Looping Scheme, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2021). DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c03410

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