研究者らは、安全、簡単、手頃な価格で水素を貯蔵および回収する方法を発見

日本の理化学研究所新材料科学研究センター（CEMS）の研究者らは、化学反応を利用してアンモニアを貯蔵する化合物を発見した。これは、この重要な化学物質をより安全かつ簡単に貯蔵する方法となる可能性がある。

この発見は、 アメリカ化学会誌 7月10日には、アンモニアを安全かつ便利に保管できるだけでなく、大切な水素の持ち運びも可能になる。 この結果は、実用的な水素経済を備えたカーボンニュートラル社会への道を開くのに役立つはずです。

社会が炭素ベースのエネルギーから水素ベースのエネルギーに移行するには、それ自体が非常に可燃性である水素を安全に貯蔵および輸送する方法が必要です。 これを行う 1 つの方法は、それを別の分子の一部として保存し、必要に応じて抽出することです。 アンモニア、化学的にはNHと書かれます₃、各分子に 3 つの水素原子が詰め込まれており、アンモニアの重量の約 20% が水素であるため、優れた水素キャリアになります。

しかし、アンモニアは腐食性の高いガスであるため、保管や使用が難しいという問題があります。 現在、アンモニアは耐圧容器内で氷点下の温度で液化させて保管するのが一般的である。 多孔質化合物は室温常圧でもアンモニアを貯蔵できますが、貯蔵容量が低く、アンモニアを常に容易に回収できるわけではありません。

新しい研究は、特徴的な繰り返し結晶構造を持つ材料であるペロブスカイトの発見を報告している。ペロブスカイトは、アンモニアを容易に貯蔵でき、比較的低温で簡単かつ完全に回収できる。

理研CEMSの川本益樹氏率いる研究チームは、ペロブスカイトエチルアンモニウムヨウ化鉛（EAPbI）に焦点を当てた。₃)、化学的にはCHと書かれます。₃CH₂ニューハンプシャー₃PbI₃。 彼らは、その一次元の柱状構造が室温常圧でアンモニアと化学反応を起こし、水酸化ヨウ化鉛、つまり Pb(OH)I と呼ばれる二次元構造に動的に変化することを発見しました。

このプロセスの結果、アンモニアは化学変換によって層状構造内に蓄積されます。 したがって、EAPbI₃ 腐食性アンモニアは、加圧容器内で -33°C (-27.4°F) で液化するよりもはるかに安価なプロセスで窒素化合物として安全に保管できます。 さらに重要なことは、貯蔵されたアンモニアを回収するプロセスが非常に簡単であることです。

「驚いたことに、ヨウ化エチルアンモニウム鉛に蓄えられたアンモニアは、穏やかに加熱することで簡単に抽出できるのです」と川本氏は言う。 貯蔵された窒素化合物は、真空下 50 °C (122 °F) で逆反応を起こし、アンモニアに戻ります。 この温度は、多孔質化合物からアンモニアを抽出して EAPbI を生成するのに必要な 150 °C (302 °F) 以上よりもはるかに低くなります。₃ シンプルでコスト効率の高いプロセスで腐食性ガスを処理するための優れた媒体です。

また、ペロブスカイトは一次元柱状構造に戻った後は再利用できるため、アンモニアの貯蔵と抽出を繰り返し行うことができます。 追加のボーナスは、本来は黄色の化合物が反応後に白色に変わったことです。 川本氏は、「アンモニアが貯蔵されると色が変化するこの化合物の能力は、貯蔵されているアンモニアの量を測定するための比色アンモニアセンサーを開発できることを意味する」と述べた。

新しい保管方法にはさまざまな用途があります。 短期的には、研究者らはアンモニアを安全に保管する方法を開発したが、アンモニアはすでに肥料から医薬品、繊維に至るまで社会でさまざまな用途に使われている。 「長期的には、このシンプルで効果的な方法が、炭素を含まない水素の担体としてアンモニアを使用することにより、カーボンニュートラル社会を達成するための解決策の一部となることを願っています」と、共著者である理化学研究所CEMSの伊藤嘉博氏は述べています。 。

この研究は、国連が定めた2016年の持続可能な開発目標（SDGs）、特に目標7：クリーンで手頃なエネルギーと目標13：気候変動対策を達成するのに役立ちます。