■2006.1

財団法人 金属系材料研究開発センター

No.231TODAY

JRCMの設立20周年を迎えて財団法人金属系材料研究開発センター

専務理事

小 島彰

１．JRCMの活動層高まることが予想されているにもかかわらず、大学に（財）金属系材料研究開発センターは、1985年10月に通おける材料研究は危機的状況にあると指摘されていま

商産業省の認可により設立され、以来、金属を中心とすす。材料、なかでも金属材料の研究は他の分野に比べて、る材料の研究開発を産学官連携により実施するわが国の研究を遂行するために必要な時間と資金の投入が大き中核的実施機関として活動してまいりました。

く、大学の研究者にとって手が出しにくいリスクの高い

この間、経済産業省（通商産業省）、NEDO技術開発研究分野となっております。こうしたことも背景にして、機構、中小企業基盤整備機構、関東・中部・近畿の経済大学の学部学科の名称から「金属」が消えつつあります。

産業局等から研究開発費の支援を得て、関係の企業・大文部科学省の科学研究費補助金においても、金属、鉄鋼学による研究コンソーシアムを構成し、それぞれの技術等の課題では通りにくいとの意見が一部の研究者から出開発を効率的に実施する体制を整え、研究開発を実施しされております。てまいりました。

こうした状況が続くと、わが国材料産業の国際競争力開発する内容も、狭義の金属材料の開発やそれに関連を支えてきた優秀な人材の育成にも支障が出るような状するプロセス技術にとどまらず、化合物半導体技術、電子技

況となります。このような状況を関係者の方々が広く認術、医工連携技術等広範な技術分野にわたっております。

識いただいて、今後の材料研究体制の充実と官民の役割また、研究開発の実施と並行して、わが国における材分担を考えていく必要があると思われます。
４．今後の展開料研究のための公的研究の増進や産学官連携を強化する観点から、国の材料技術開発戦略の策定作業や今般の科この20年を振り返りますと、バブル経済とその崩壊、学技術基本計画策定作業、日本学術会議での審議等にもその後の10年以上にわたる調整期間を経て、日本経済の積極的に参加し、材料技術のプレゼンスを上げるべく企復調が感じられる状況になっております。資源エネルギ業・大学関係者とともに努力してまいりました。

ー問題、環境問題といった全世界的な制約条件が重くか

２．材料産業の重要性かってくるなかで、BRICSの発展等これまでとは異なるいうまでもなく、材料産業は産業経済の基盤を支える世界経済条件が出現したと言われております。

重要分野であり、高い国際競争力を維持している数少な

しかし、わが国の置かれた基本的条件、すなわち資源い産業であります。加えて、材料の強みが需要産業であもエネルギーもないわが国が生存していくためには、わる自動車や電子産業等の高い競争力の源になるなど、材が国の唯一の資源である新技術の開発とその社会への適料の強さが日本経済を支えていると言えます。

用・普及を図る以外に道はありません。

また、材料産業は資源・エネルギー問題とも密接な関日本の社会制度の改革が進むなかにあって、わが国の連を有しております。昨今の資源・エネルギー、地球環もてる数少ないリーディング・セクターである材料分野

境問題がクローズアップするなかで、世界最高の資源・をさらに強くし、その成果を広く社会に還元していく。

エネルギー効率を有するわが国材料産業の貢献する余地そのために産学官の力を結集する。これが、設立20年をは極めて大きいものがあります。資源・エネルギー、環迎えたJRCMの役割ではないかと考えております。

境の制約のなかで今後の産業経済の発展は、「材料を制設立以来、当センターを支えていただいた会員企業、するものが世界を制する」のではないかと考えられます。

ご支援をいただいた関係諸官庁、大学、学会等関係の皆３．大学における材料研究の危機様方に改めて感謝申し上げます。

このように、産業界における材料産業の地位は今後一1

JRCM REPORT「Zr-Ni系アモルファス膜利用メタノール改質水素製造装置の開発」成果報告
成果報告「Zr-Ni系アモルファス膜利用メタノール改質水素製造装置の開発」
非鉄材料研究部

有我誠芳

水素製造技術の開発が現在活発に進め

1 はじめにられている。

（図−2）
究開発に取り組んだ。

4 成果概要本研究開発は、平成15、16年度に関しかしながら、現状の水素製造装置

東経済産業局の地域新生コンソーシア

においては、都市ガス改質方式では非研究実施期間中には目標と水素製造ム研究開発事業として採択されたもの

常に高い反応温度（800℃）が必要であ能力を達成できなかったが、資源面、である。以下にその２年間の研究開発

ること、また水電気分解方式では水素コスト面から量産性に優れたZr-Ni系の内容と結果の概略を報告する。の変換効率が非常に低い
（30%）
ことか

アモルファス水素分離膜を利用したメ

2 研究の背景と目的

ら水素の普及の妨げとなっている。

タノール改質水素製造装置の原型機を本研究はメタノールを水素原料とす世界で初めて開発し、実証運転するこ

工業用水素ガスは、従来は大規模プる改質ユニットと、新規Zr-Ni系アモとができた。以下に主な研究開発成果

ラントで精製した水素をボンベ・カー

ルファス水素分離膜を利用した小型水（図−3、図−4）の概要を報告する。

ドル、タンクローリーやパイピング等

素精製ユニットを組み合わせることに

1）大面積Zr-Ni合金膜の製造技術開発により供給する方式であったが、品質より、低い反応温度（300℃）
でかつ高大面積でかつ水素透過係数2.0×10−9（高純度）、価格（低コスト）、利便性や変換効率（60%）
を実現させることによ

mol/m s Pa1/2（試験温度300℃）を有す

安全性の観点から小型オンサイト水素

り、水素の普及を加速させる省エネル

るZr-Ni合金膜の製造技術確立を目標製造装置より供給する方式へ移行しつ

ギー性に優れた小型オンサイト高純度に開発を行った。最初に液体急冷プロつある。

水素製造装置の開発を目的として実施セス条件の最適化を実施し、大面積した。

（50×160mm）
で厚み30〜35μmで膜厚併せて、21世紀は水素の時代とも言均一性に優れたアモルファスZr-Ni合

われ、据置用燃料電池や燃料電池自動開発する水素製造装置の性能目標

車の普及により新たなそして膨大な水を、精製する水素純度は99.999％以上、素市場が創出されようとしているが、水素製造能力を発電量1kWhに必要なまた大量処理を想定した大面積の電そこでも水素ステーション等のオンサ水素量の0.5Nm3/h、水素製造エネル

気メッキ法によるPd被覆処理を試みた

イト水素供給システムが必要とされ、ギー効率を従来の電気分解型装置の2結果、水素透過係数で2.0×10−9 mol/m

省エネルギー、コンパクトかつハンド倍、かつ水素製造単価は従来と同レベs Pa1/2をほぼ満たす特性が得られ、後リング性に優れる小型のオンサイト水（図−1）
ルとした。

述の水素精製セルに使用可能なZr-Ni

素製造装置に対する需要は、今後拡大の一途をたどると予想される。このよ

3 推進体制金膜の製造条件を確立した。

合金膜を得ることができた。
2）水素精製ユニット開発

うな背景から、水素エネルギー時代の（独）産業技JRCMが管理法人となり、平成15年度に開発した水素透過セル到来に対応すべく、都市ガス改質方式（株）及術総合研究所、三菱マテリアルの性能評価用シミュレーションツール

や水電気分解方式等各種のオンサイトび三菱化工機（株）を再委託先として研を活用し、水素製造能力0.5Nm3/hの水素精製ユニットを設計し、その1/10スケール及び1/5スケールの水素精製ユニットの試作評価では、純水素ガス環境下で設計値どおりの性能を発揮す

図−1 開発の狙いと背景

JRCM NEWS No.231

図−2 研究開発体制

2

の熱源として利用する自立型水素製造システムを開発することができた。
5 ）水素膜の透過能を最大限利用する技術の開発
水素透過膜周辺にかかわる要素技術を確立することで、本研究開発を支援・加速することを目的として、透過性能を見積もる方法とその性能を最大限かつ長期間引き出す方法を検討した。
まず、水素拡散係数に水素濃度依存性がある場合の水素透過係数との関係を導き出し、アモルファス合金膜に適用することで、水素拡散係数の水素濃度依存性を導くことができた。
続いて、
図−3 Zr-Ni系アモルファス膜の水素透過メカニズムと特長ることを確認した。改質模擬ガス（75%

分子動力学シミュレーションにより水なることを確認した。

素拡散係数の推算を試みた。シミュレ

水素−25%窒素）環境下では、両スケ

これらの結果から、製造水素量ーション計算から得られた水素拡散係ールユニット共に水素回収率の向上に0.5Nm3/hのメタノール改質水素製造数は実験値より若干大きいもののほぼ従い透過効率が低下し、設計値からの装置における触媒燃焼加熱を用いた自一致した。
また、アモルファス合金中の乖離が大きくなる傾向がみられた。

立型改質ユニットの開発は成し遂げら

水素拡散係数は水素の濃度とともに増れたと考えられる。

加し、実験結果と同じ傾向が得られた。

また、1/1スケール水素精製ユニットに用いる部分ユニットの検査段階で4）水素製造システム開発

さらに、加湿混合ガスからの水素分アモルファス膜の欠陥に起因すると思水素精製ユニット及び改質ユニット離を行い、アモルファスZr-Ni合金をわれるリークが発生した。ユニット構の仕様をもとにプロセス設計、制御シ用いて純度99.999%以上の水素が得ら造を再検討し、水素透過効率の低下をステム設計を行い、操作自由度の高いれることを確認した。
しかし、水蒸気に抑制すること、及びアモルファス膜製自動制御を用いた遠隔監視システム及より腐食し10時間を過ぎたところで膜造プロセスの改良による水素透過膜のび非常時に装置を安全に自動停止させに欠陥が生じ、実用上問題があることが信頼性向上が課題として残された。

る緊急停止システムを備えた水素製造新たに明らかとなった。
このため、
改質

3）改質ユニット開発システムを構築した。また、前述のアガス環境下で長時間使用可能な実用合

アモルファス膜利用メタノール改質

モルファス膜に起因すると思われるリ金の開発を行い、実施期間内に少なく水素製造装置において燃料加熱部、原ークにより、1/1スケール水素精製ユとも100時間にわたって透過特性、機械料蒸発部、水蒸気改質部の熱源を触媒

ニットでの試験はできなかったが、的強度、そして水蒸気耐性を兼ね備え燃焼による直接加熱でまかない、これ1/10スケールの水素精製ユニットを用ら構成部を一体化した自立型改質ユニ

いた水素製造試験により純度100％のットを設計・製作し、水蒸気改質試験

水素製造に成功し、さらに水素精製ユを行った。

ニットからのオフガスを改質ユニット

製造水素量0.5Nm /hの実装置レベ3ルに対して30〜100%負荷相当の原料にて水蒸気改質試験を行った結果、いずれの負荷においても触媒燃焼加熱により改質触媒層温度を水蒸気改質可能な250〜300℃に制御可能であることを確認した。また、各負荷においてほぼ設計値どおりの安定した改質ガス流量及びガス組成が得られ、膜模擬オフガスを用いた混焼時には改質効率70％に

図−4 開発装置の概要と開発項目

3JRCM NEWS No.231

る新たな材料を見い出すことができた。

象をZr-Ni系アモルファス膜以外の非確立、コスト低減等解決すべき大きな5 おわりにPd膜に広げて研究開発を継続してい課題を抱えているが、21世紀の水素エる。本研究で開発した原理実証機をベネルギー社会基盤技術のひとつとなる地域新生コンソーシアム研究開発事ースに、今後量産機レベルへと発展移ポテンシャルを早期に実証できた意義

業期間の終了後、水素透過膜の検討対行する過程では、装置の長期信頼性のは大きいと考える。

The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS／第231号

発 行 2006年 1 月 1 日
発行人 小島 彰
発行所 財団法人 金属系材料研究開発センター〒105-0003 東京都港区西新橋一丁目5番11号 第11東洋海事ビル6階

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