グリーンエネルギー：日本の科学者がアンモニアと水素を貯蔵する革新的な方法を発見

日本の理化学研究所創発物性科学研究センター（CEMS）の研究者らは、多くの産業にとって重要な化学物質であるアンモニアを保管する簡単で安価な方法を発見した。この発見は、水素ベースの経済の創出にも役立つ可能性がある。

アンモニアは化学的には NH3 と書かれ、繊維から医薬品に至るまで、さまざまな産業で広く使用されており、肥料生産の重要な成分です。現在の用途では、アンモニアは華氏マイナス 27 度 (摂氏マイナス 33 度) で液化された後、耐圧容器に保管されます。

多孔質化合物にアンモニアを貯蔵する別の方法が研究されています。保存および回収プロセスは室温で実行できますが、これらの化合物の保存容量には制限があります。

理研CEMSの川本益樹氏率いる研究チームは、太陽電池パネルのエネルギー変換効率の向上に関連する結晶構造であるペロブスカイトが、アンモニアの貯蔵と回収のための優れた媒体としても機能する可能性があることを発見した。

アンモニアキャリアとしてのペロブスカイト

川本氏のチームは、ペロブスカイトエチルアンモニウムヨウ化鉛（EAPbI3）が室温常圧でアンモニアと反応して水酸化ヨウ化鉛、つまりPb(OH)Iを生成することを発見した。エチルアンモニウムヨウ化鉛は一次元の柱状構造をしていますが、アンモニアと反応すると二次元の層状構造を形成します。

アンモニアは非常に腐食性の高いガスですが、ペロブスカイトとの化学反応により安全に保管でき、特別な保管装置は必要ありません。回復プロセスも非常に簡単です。真空中で、エチルアンモニウムヨウ化鉛を華氏 122 度 (摂氏 50 度) まで加熱すると、アンモニアガスが発生します。

比較すると、多孔質化合物に貯蔵されたアンモニアは、回復するために約 302 華氏 (摂氏 150 度) の温度を必要とします。

水素経済に向けて

ペロブスカイトの役割の発見は、水素を貯蔵する方法も提供するため、非常に重要です。各アンモニア分子には 3 つの水素原子が含まれており、分子重量の 20% を占めます。

水素自体は非常に可燃性ですが、アンモニアは燃えにくいため、必要になるまで保管するのに適しています。

ペロブスカイトとアンモニアの反応は完全に可逆的であり、回収が完了するとペロブスカイトを再利用してアンモニアを再貯蔵することができます。興味深いことに、ペロブスカイトも色が変化し、アンモニアを貯蔵すると白色になり、アンモニアが回収されると元の黄色に戻ります。科学者はこの機能を利用して色ベースのセンサーを構築し、ペロブスカイトに貯蔵されているアンモニアの量を測定できます。

化石燃料から脱却しようとする私たちの試みは、長距離輸送や重量物輸送などの活動を実行するための代替手段を見つけられなければ、おそらく無駄になるでしょう。水素の出力密度はガソリンやディーゼルのほぼ 3 倍ですが、その可燃性は高いリスクを伴います。

必要なときに、必要な量だけ水素を抽出できるシンプルでコスト効率の高い方法があれば、近い将来、水素ベースの経済へのより早い道が開かれるでしょう。

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