[发明专利]氢气制造装置及氢气制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢气制造装置及氢气制造方法。

背景技术

近年来，从抑制化石燃料资源的枯竭及地球温暖化气体的排出等角度来看，希望利用可再生能源。作为可再生能源，涉及太阳光、水力、风力、地热、潮汐力、生物量等多个方面，其中，太阳光的可利用能量较大，并且相对于其他可再生能源而言地理性制约较少，因此，希望高效地从太阳光产出可利用能量的技术的早期开发和普及。

作为从太阳光产生的可利用能量的形态，列举利用太阳能电池、太阳光热涡轮机制造的电能、通过将太阳能聚集到热介质而成的热能、以及通过利用太阳光的物质还原而得的液体燃料、氢气等可贮藏燃料能源等。对于太阳能电池技术及太阳热利用技术，已经存在很多实用的技术，但是由于能量利用效率还较低、且产出电及热时的成本依然较高，因而对其改善进行技术开发。进一步，这些电、热等能量形态，虽然能够实现补充短期的能量变动这样的使用方法，但很难补充例如季节变动等长期的变动；还可能因能量的增加而导致发电设备的运转率下降。与此相对，液体燃料、氢气等以物质来储存能量的情况，作为高效地补充长期变动并提高发电设备的运转率的技术非常有效，是今后最大限度地提高能源利用效率、尽量减少二氧化碳的排出量所不可缺少的技术。

作为可贮藏的燃料的形态，大致可分为碳氢化合物等液体燃料、生物气、氢气等气体燃料、利用来自生物量的木质颗粒(wood pellet)、利用太阳光还原的金属等固体燃料等。从基础设施配备的容易程度、能量密度的角度来看首选液体燃料，从提高与燃料电池等的总利用效率的角度来看首选以氢气为首的气体燃料，从可贮藏性和能量密度的角度来看首选固体燃料，各形态各有优缺点，但从能够利用可以容易地获得的水作为原料的角度来看，利用太阳光分解水的氢气制造技术特别引人注目。

作为以水为原料并利用太阳能制造氢气的方法，可列举如下方法等：光分解法，在氧化钛等光催化剂中承载铂，将该物质放入水中并照射光，从而在半导体中进行电荷分离，还原电解液中的质子，氧化水；热分解法，利用高温气体炉等的热能在高温下直接分解水、或与金属等的氧化还原结合而间接地分解水；利用藻类等利用光而进行的微生物的代谢的生物法；水电分解法，将太阳能电池发出的电与电解水的氢气制造装置组合；以及光伏法，通过在太阳能电池所使用的光电转换材料中承载氢气生成催化剂、氧气生成催化剂，使由光电转换而得的电子与空穴通过氢气生成催化剂、氧气生成催化剂而用于反应。其中，存在通过使光电转换部与氢气生成部一体化而制造小型的氢气制造装置的可能性的是光分解法、生物法及光伏法，但从太阳能的变换效率的角度来看，光伏法为最接近实用化的技术之一。

目前为止，公开了基于光分解法、光伏法的使光电转换与氢气生成一体化的氢气制造装置的例。光分解法中，例如根据专利文献1，公开了利用吸附有钌络合物的氧化钛的光催化剂电极和铂电极、碘或铁的氧化还原的装置。另外，根据专利文献2，采用如下结构：串联连接两层光催化剂，连接铂对电极，并在之间夹着离子交换膜而一体化。另一方面，光伏法中，发表了使光电转换部与氢气生成部、氧气生成部一体化的氢气制造装置的理念(非专利文献1)。由此，光电转换部、氢气生成及氧气生成使用各自对应的催化剂来进行电荷分离。光电转换部使用太阳能电池所利用的材料。例如，在非专利文献2的情况下，在通过三层的硅p-i-n层进行电荷分离的基础上，利用铂催化剂生成氢气，利用氧化钌生成氧气。另外，专利文献3、非专利文献3在此基础上，将氢气生成催化剂(NiFeO)与三层的硅p-i-n并列地层叠，再在硅层上承载氧气生成催化剂(Co-Mo)，从而制造一体化氢气制造装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2006-89336号公报

专利文献2：JP特表2004-504934号公报

专利文献3：JP特开2003-288955号公报

专利文献4：JP特开2004-197167号公报

非专利文献

非专利文献1：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2006年,43卷,15729-15735页

非专利文献2：Applied Physics Letters,1989年,55卷,386-387页

非专利文献3：International Journal of Hydrogen Energy,2003年,28卷,1167-1169页

发明内容