Blue Tower BT Bio-H2 (1) H2 (FC) (2) LCA CO2 (3) FC S H2 5Vol.% H2 H2 45Vol.% 4N 99.99Vol.% 15t-dry/d 3Nm 3 /h:39.llhv-% 4N-H2 LCA CO2 = / Bio-H2 38.4 92. g-co2/mj.8 1.47 CO2 S LCA ZnO (1) ZnO S (2) 2 4 C H2 LCA S LCA S S ZnO Fe Cu CO2 HAS-Clay (1) BT S S H2S SOFC BT ASC-1B NiO/YSZ LSC YSZ 1.77cm 2 Elcogen Bio-H2 BT
Case 1 S 2 PSA BT PSA Case 2 S HAS-Clay Zeolite A5 2 PSA SOFC SOFC 2 H2 PSA S CO2 H2 54. vol.% H2S 28.9 ppm CO 27. vol.% C2H4 111. ppm CH4 vol.% C2H6 144. ppm CO2 18. vol.% N2 96 vol.% N2 vol.% CH4 6 vol.% C2H4 vol.% CO2 18.13 vol.% C2H6 vol.% H2 81.7 vol.% total 1 vol.% total 1 vol.% SOFC (KFM25, ) I-V T=7,8 S/C [mol]/ [mol].97 H2S 28.9ppm SUS 21.7ppm (2) H2S H2S H2S LCA BT SOFC LCA HAS-Clay Zeolite A5 1.7mm SUS H 2 S MFM Ribbon heater Vacuum pump TC Sampling bag 1 Electric furnace Adsorbents Sintered filter Sampling bag 2 Gas meter 2 N2 8 4 5ml/min 2 PSA MPaG H2S FPD (GC-8A ) H2S PI Gas meter 1
の組成 及び PSA の 1 段目後段のガス組成 に基づき決定した また 供給ガス中の CO2 の影響 すなわち CO2 と H2S 共存下におい ては COS が生成する可能性あることを検討 するために CO2 が過剰時における条件につ いても検証を行った 表２ 吸着試験ガス組成 1 2 3 4 5 Adsorbents H2 (vol%) CO(vol%) CH4 (vol%) CO2 (vol%) H2S (ppm) HAS-Clay HAS-Clay Zeolite A5 Zeolite A5 Zeolite A5 23.% 23.% 9.% 9.% 9.% 17.6% 1.% これらの実験結果を基に プラント全体の プロセス設計を行い LCA における環境影響 評価を行った ここでの評価手法は CML 手法を用いてミッドポイントまでの分析を 11 カテゴリーに対して行い SimaPro 8.2 ソ フトウェアを用いて計算した またバックグ ラウンドデータに関しては Ecoinvent 3.2 のデータベースを利用した ４ 研究成果 (1) 硫黄含有燃料の燃料電池への影響評価 ① 運転温度及び水蒸気添加による影響 合成ガス 表１ Case 1 を燃料に用いて 発電実験を行った I-V 特性の結果を図４(a) に示す 開回路電圧は 7 の場合.92V 8 の場合.87V となった また 最大出 力に関しては 7 の場合に 85W 8 の場合に 5W となった これは高温の方が 固体の電解質のイオン透過性が向上し 反応 が促進されたためであると考えられる (c) の条件での I-V 特性の結果を図４(b)に示す 最大出力に関しては 6V 7 8V 8 と増加する結果となった これは 水蒸気を添加したことで内部改質反応 水性 ガスシフト反応及びメタネーション反応 が 進み燃料中の水素が増加したためであると 考えられる ② S 分による影響 次に 合成ガス 表１ Case 2 を用いて S 分が SOFC に与える影響を検証した 電流 を 2mA に固定した場合 供給開始後 2 分 ほどで電圧降下が発生し.91V から.78V まで電圧降下が確認できた 図５(a)参照 これは明らかに S 分の被毒が原因であり 発 電反応場である三相界面が減少したもので あると考えられる また S 分被毒によるアノード表面の構造 変化を確認するため発電実験後のアノード 表面を SEM-EDX により観察した結果を図 ５(b)に示す これらの図を比較すると S 分被 毒により電圧降下が発生したセルに見られ るような構造の欠陥が確認された 図５(b) 右図参照 これは NiS の生成による影響に よるものだと考えられる このとき アノー ド表面の元素分析結果では S O Ni の増加 が確認されたが このうち一部は S がセルと 反応した硫化化合物 カソードからの空気に よるものだと考えられる (a) S 分被毒による電圧低下 (b) S 分燃料供給前後の電極表面の状態 水蒸気添加なし S/C= 7 I-V 8 I-V 7 出力 8 出力 1.9.8.7 ].8 V e[.7 ag lto V ] [W er w o P 左 w/o H2S 燃料 右 w H2S 燃料 Current Density[A/cm2] (b) 水蒸気添加あり S/C=.97 7 I-V 8 I-V 7 出力 8 出力 1.9 ].8 V e[g.7 tal o V.7 ] [w re w o P Current density[a/cm2] 図４ 合成ガスによる I-V 特性結果 また 燃料に水蒸気を添加し S/C 比=.97 図５ S 分燃料によるセル性能の影響 以上の実験及び Arnstein らの結果を基に 合成ガス中に H2S を含まない ppm から最大 8ppm までシミュレーションした結果 バイ オマスガス化システムと SOFC との複合発 電 の 正 味 発 電 効 率 は 23.4%-LHV 19.8%-LHV と評価した① (2) H2S 吸着試験の結果
CO2 Case 1 H2S CO2 H2 Case 2CO2 H2S HAS-Clay CO2 Zeolite A5 H2S : CO2=3 ppm : Case 3 COS H2 COS Zeolite A5 CO2 COS 2 PSA HAS-Clay CO2 99.7 vol.% CO2 Case 4 5HAS-Clay 3 ppm H2S CO2 vol.% 1 vol.% CO2 5 COS H2S 15 COS 3 ppm CO2 H2S COS CO2 COS H2S (d) HAS-Clay LCA Case1 Case2 2 PSA 1Nm 3 99.99 vol.% WtT Well To Tank 1Nm 3 Case 1 H2 Case 1 41.8% Case 2 4.8%Case 2 H2S CO2 LCA CML 11 Case 1 (e) Zeolite A5 (3) H2S Abiotic depletion 88.7% Global warming 2 PSA CO2 65.4%
Arnstein N. et al., Experimental Studies on the Influence of H2S on Solid Oxide Fuel Cell Performance at 8 C., Energy & Fuels, 21, 27, pp. 198-111 Kenji Koido, Yutaro Watanabe, Tomoyuki Ishiyama, Teppei Nunoura, Kiyoshi Dowaki, Fate of sulphur during simultaneous gasification of lignin-slurry and removal of hydrogen sulphide over calcium aluminate supported nickel oxide catalyst., Journal of Cleaner Production, Vol.141, 217, pp. 568-579, DOI: 116/j.jclepro.216.9.1 Kiyoshi DOWAKI, Taira NAGAISHI, Kenji KOIDO, Mitsuo KAMEYAMA, A Proposal of a Highly-efficient Purification System for Hydrogen Production to Achieve a Lower LCCO2 Level., Journal of the Japan Institute of Energy,, Vol. 95, No. 8, 216, pp. 615-62, DOI: 1775/jie.95.615 11 216, pp.71-72 2 PSA 12 217 1 17 () Tomoyuki Ishiyama, Kenji Koido, Teppei Nunoura Kiyoshi Dowaki A LIFE CYCLE ANALYSIS ON LOW-PRESSURE METHANOL PRODUCTION THROUGH BIOMASS GASIFICATION. 6th International Symposium on Energy from Biomass and Waste 216 11 14 Venetia Italy 25 216 8 9 (1) DOWAKI Kiyoshi (2) KOIDO Kenji