可低溫低壓合成氨的新型催化劑

日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所（以下簡稱 「產綜研」）可再生能源研究中心氫研發小組的高級主任研究員難波哲哉，開發出了能應對可再生能源特點的新型氨合成催化劑，還與日揮株式會社合作，開發出了利用該催化劑的實證試驗裝置，近期將正式開始推進氨製造的實證試驗。

為了使用可再生氫能（利用可再生能源製造的氫）合成氨（可再生氨能），產綜研的難波哲哉克服了釕催化劑特有的壓力升高後性能下降的問題，開發出了在10MPa（約100個大氣壓）以下的壓力範圍內能維持高活性的新型催化劑。日揮利用該催化劑新開發了工藝流程，可以利用供應量不固定的可再生氫能製造氨。雙方在福島可再生能源研究所內建設了使用該催化劑的實證試驗裝置，目前已正式開始推進實證試驗。

氨是有效的儲氫物質，可以大量運輸，而且，氨本身也能作為燃燒時不排放二氧化碳(CO2)的燃料使用，因此作為能源載體備受期待。今後，將通過利用可再生氫能製造可再生氨能，為實現創新型低碳氫能源社會做出貢獻。這項技術的詳細內容在2018年5月29日於郡山市（郡山景觀酒店分館）舉行的FREA成果報告會上做了發表。

產綜研開發的新型催化劑將催化劑的成分—— 釕以納米顆粒的狀態分散到載體中，克服了普通釕催化劑因氫中毒，在高壓下性能降低的問題，可在10MPa 以下的壓力維持高活性，而以往進行氨合成的壓力範圍只能在 20MPa至30MPa。

此外，一般的化工廠要在最佳條件下維持一定水平的運轉，但為了應對並不穩定的可再生氫能的供應，需要不同的運轉方式，也就是說，需要根據原料的濃度和流速變化控制設備的運轉。新工藝下的催化劑特點是，不僅在最佳運轉條件下、在運轉條件發生變化時也能穩定製造氨。研究人員已經確認，新工藝能在比以往更低的壓力和溫度下合成液體氨。

目前主要利用 「哈柏法」 合成氨，這種方法通過高溫高壓的催化反應，讓天然氣和水蒸氣及空氣相互反應獲得的氫和氮轉換為氨。利用天然氣製造氫，會排放大量的二氧化碳。因此，作為削減制氫過程中的二氧化碳排放量的方法，利用太陽能和風力等可再生能源電解水制氫的方法備受期待。不過，利用這種方法製造的氫處於低溫低壓狀態，而且存在普通的化學工藝所沒有的問題，那就是氫的供應量會隨時間變動。

「哈柏法」是在高溫、高壓且氫的供應量穩定的狀態下制氨，與使用可再生氫能相比，製造條件大不相同。所以有必要開發出能在低溫、低壓而且供應量隨時變化的條件下，利用可再生氫能合成氨的工藝。

文 客觀日本編輯部

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