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 このたび弊社(社長:天坊昭彦)では、LPガスを燃料とする家庭用燃料電池の実用化につき大きな課題であった硫黄分除去に関して、1年間取り替える必要のない新しい脱硫剤、脱硫技術を開発しました。
 LPガスには都市ガスと比べ、硫黄化合物の種類も多く含まれ、脱硫の難しい硫黄化合物もあり、LPガス用燃料電池の開発には、高度な脱硫技術が必要とされてきました。弊社では、独自で開発した吸着脱硫剤により、市販のLPガスを1年間(4千時間相当*1)、検出下限界の硫黄濃度50ppb*2以下に室温で脱硫することに成功しました。
 本技術は、経済産業省の補助を受け、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と財団法人エルピーガス振興センター(LPGC)が共同で研究している「LPガス固体高分子形燃料電池システムの開発事業」において、弊社が協力研究として推進してきた成果によるものであり、LPガス燃料電池の実用化を大きく前進させるものです。
 今後は、実用化に向けた改良研究、実用条件下での寿命評価を進め、開発を継続するとともに、本技術及び開発中の改質触媒を用いた燃料電池システムの運転試験を実施し、都市ガス型レベルの高効率かつ小型化したLPガス燃料電池システムの早期実用化に寄与していきたいと考えています。

*1 家庭用燃料電池は、電気やお湯の消費が多い時間帯に利用されると考えられており、燃料電池の実運転時間としては1年間で約4千時間程度となります

*2 ppb = 10億分の1、ppmの千分の1

1.脱硫技術の概要

(1)脱硫方式 室温下での「吸着脱硫」
  ※吸着脱硫:燃料中の硫黄化合物を脱硫剤の表面などに付着させて除去すること。
(2)特長
  1. 市販LPガスを室温下で脱硫剤に通過させるだけで硫黄濃度を低減できます。
  2. 脱硫剤をカートリッジ充填にすることにより、交換が容易に実施できます。
(3)脱硫剤性能の評価結果
 1.評価条件
  市販LPガス(プロパンガス)を常温常圧、水素未添加で脱硫剤を充填したカートリッジを一回通した後の硫黄分を測定しました。
 2.評価結果
 
評価した脱硫剤は、市販のLPガスを目標であった硫黄濃度検出下限界以下(50ppb以下)への脱硫性能を上回ることを確認しました。
評価した脱硫剤は、市販のLPガスに含まれるほぼ全ての硫黄化合物(着臭剤成分や原料に含まれる硫黄化合物)を脱硫できることを確認しました。
また、都市ガスには含まれず、従来の都市ガス型燃料電池用脱硫剤では除去できない硫化カルボニル(COS)も除去できることを確認しました。
 3.寿命評価
 
今回の評価では単位脱硫剤当たり、1kW級燃料電池におけるLPガス使用量の10倍量を流す実験(加速寿命評価試験)で400時間の寿命を確認しました。
その結果、1kW級燃料電池の通常LPガス使用量では連続4千時間相当*1)にわたり脱硫が可能であるといえます。

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LPガス用燃料電池における脱硫の必要性

LPGなどの石油系燃料から水素を取り出すには、以下の4つのプロセスが必要です。

(1)脱  硫 燃料中の硫黄を除去する。硫黄は次の(2)以降の効率を低下させます。
(2)改  質 燃料(炭化水素)を分解し、水素を取り出します。
(3)CO変成 (2)の反応の副生ガスであるCOと、水から水素を取り出すとともに、燃料電池本体の電極に悪影響を与えるCOの濃度を低下させます。
(4)選択酸化 (3)の反応で除去しきれなかったCOの濃度を更に低下させます。

(2)〜(4)のプロセスに使用する触媒、および燃料電池本体(スタック)は、硫黄分に弱く、硫黄分があると劣化します。そこで、原料である燃料中の硫黄分をあらかじめ減らしておく必要があります。

[図]LPガス用燃料電池の水素製造システム


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