静電気学会誌，44, 6（2020）261-262

J. Inst. Electrostat. Jpn.

ノ ー ト

空気電極を用いた電解による海水のアルカリ化
櫻井 周伶 ，豊角 浩之 ，瑞慶覧 章朝 ，澤井 淳 ，糸川 和芳 ，金子 貴之＊＊＊, 1＊＊＊＊＊（2020年4月10日受付；2020年6月29日受理）

Alkalizing Seawater by Electrolysis Using Air Electrode.
＊＊＊, 1

Shurei SAKURAI , Hiroyuki TOYOZUMI , Akinori ZUKERAN ,＊＊＊＊＊Jun SAWAI , Kazuyuki ITOKAWA and Takayuki KANEKO（Received April 10, 2020; Accepted June 29, 2020）
In order to improve the alkalinity of scrubber seawater for removing SOx in the exhaust gas from ships, the effect on energy
efficiency of an electrolyzer using Mg and air electrodes（ Mg-Air ）was investigated. Simulated seawater（2 L ）waselectrolyzed and its pH and alkalinity were measured. The energy efficiency of alkali component generation was calculated fromthe pH and alkalinity. Furthermore, the results were in comparison to apparatuses using carbon electrodes（ C-C ）or Mg andcarbon electrodes（ Mg-C ）in previous studies. As a result, the energy efficiency in the Mg-Air was the highest due to highalkalinity and low voltage at the same current.

1．はじめに

ここで，E vs SHE は標準電極に対する電位であり，o

船舶のディーゼル機関の排ガス中には硫黄酸化物

その差 ΔE は 2.76 V となる．
o（ SOx ）が含まれている．このため，国際海事機関ではこのことは，起電力が電極間に発生することを意味す

低硫黄燃料油を用いるか，排ガス浄化装置を船舶に搭載る．すなわち，低電力で電解を起こすことができる．まするよう定めている．

た，陰極側で OH を消費する H や HCl が生成されない－

船舶排ガス浄化装置として海水を洗浄水として SOx＋ため効率向上が期待できる ．
1）を吸収させる海水スクラバが実用化されている．しかし，SOx を吸収した洗浄水は，アルカリ度が低下するため，3．実験方法そのままでは再利用できない．そこで，筆者らは電解に実験システムを図 1 に示す．装置は電解槽（200 × 100

よる海水のアルカリ化を目指し，その基礎現象，Mg 電× 135 mm ）と空気電極で構成されている．電解槽の一極 及び 2 室電解の効果 について検討してきた．

面は 30 cm に切り抜いてありそこに空気電極を設置し

1）

2）

2

本研究では，アルカリ生成効率向上を目的とし，Mg 電極た．空気電極は両者が確実に接触するよう活性炭シートと空気電極を用いた電解に着目し検討したので報告する．

（日本バルカー工業 7940EDLC，70× 70× 0.5 mm，吸着用活性炭フィルター）で銅メッシュ（ PC20-323，200×2．原理

300× 0.3 mm，電極面積 30 cm ）を挟んだ構造とした．

陽極を Mg，陰極を空気とした場合の反応を（1）と（2）

電解槽に摸擬海水 を 2 L 入れた後，水溶液との接触面式に示す．陰極で生成される OH が海水のアルカリ化

積 が 30 cm と な る よ う Mg 電 極（ ニ ラ コ MG-272643，2－2）2に寄与する．

300 mm，φ9.5 mm， 純 度

陽極：2Mg → 2Mg ＋ 4e－2

陰極：O2 ＋ 2H2 O ＋ 4e → 4OH－－E°= －2.36 V vs SHE （1）99.9％，100 × 50 × 0.5

E°= ＋0.4 V vs SHE （2）mm ）を挿入した．なお，
空気電極と Mg 電極の間

キーワード：空気電極，マグネシウム，電解，海水，SOx, スクラバ，アルカリ度＊
神奈川工科大学（〒243-0292 神奈川県厚木市下荻野 1030）
Kanagawa Institute of Technology, 1030 Shimoogino,
Atsugi, Kanagawa 243-0292, Japan＊＊
富士電機株式会社（〒191-8502 東京都日野市富士町 1）
Fuji Electric Co., Ltd, 1 Fujimachi, Hino, Tokyo 191-8502, Japan1
zukeran-akinori@ele.kanagawa-it.ac.jp

隔は 50 mm とした．空気電極の銅メッシュを接地し，Mg 電極に直流 0～＋6 V を印加することで電解処理した．なお，スタ図 1 実験装置の概要
Fig.1 Schematic diagram ofexperimental equipment.

ーラーにより海水を撹拌しながら電圧は印加した．
導電率と水温の初期値

262（34）

静電気学会誌 第44巻 第 6 号（2020）
表 1 各電極構成におけるアルカリ生成効率
Table 1 Alkali generation efficiency.
Configuration

図 2 電圧電流特性
Fig.2 Current as a function of applied voltage.

Alkali generation
efficiency［ mg/kJ ］

C-C

23

Mg-C

229

Mg-Air245

図 3 アルカリ度及び pH と電解時間の関係
Fig.3 Relationship between alkalinity, pH andelapsed time.

は，約 60 mS/cm，20℃であり，いずれも実験中ほとんどの特性を比較すると，C-C 電極が最も低い．これは，陰変化はなかった．電圧の印加時間は 35 min とし，定期的極側でアルカリ成分である OH が生成されるが，陽極に pH，アルカリ度 を計測し，アルカリ生成効率［ mg/側 で 発 生 す る Cl2 が H2O と 不 均 化 し て 酸 性 の HCl やkJ ］ を算出した．また，電流値は電源装置の表示値から

HClO を 生 成 し，OH を 消 費 す る た め で あ る． 一 方，計測した．本方式の効果を検討するため，ガラス製ビーカ

Mg-C 電極と Mg-Air 電極の pH が高いのは，陽極側の反ー（ φ135× 203 mm ）に模擬海水を 2 L 入れ，陽極を Mg

応が Mg の生成であり OH を消費する Cl2 を発生しなまたはカーボン（ニラコ C-072673,300 mm，φ10 mm, 等方いためである ．Mg-C 電極と Mg-Air 電極を比べると，性黒鉛材），陰極にカーボンを用いた電解も行った．図 1

どちらも pH10 付近で飽和し，同様の傾向である．

2）2）－－－2＋2）とできるだけ条件をそろえるため，このときの陽極と陰極アルカリ度をみると，いずれも電解時間とともに上昇しの間隔は 50 mm，模擬海水との接触面積は 30 cm とした ．ている．同一時間でみると，上述と同じ理由で C-C 電極が22）最も低い．Mg-C と Mg-Air 電極を比べるとほぼ同等のアル4．結果及び検討カリ度が得られている．これは，電流値が等しいためである．

電圧電流特性を図 2 に示す．図中には陽極を Mg，陰これらの結果からアルカリ生成効率を算出した．その極をカーボンとした場合（ Mg-C 電極） と両極ともカー

結果を表 1 に示す．C-C 電極が 23 mg/kJ，Mg-C 電極がボンとした場合（ C-C 電極） の結果も示してある．C-C

229 mg/kJ， そ し て Mg-Air 電 極 が 245 mg/kJ で あ っ た．

電極では約 3 V から電流が流れ始めている．これに比べ，同一電流でアルカリ生成量も多く，最も電圧値が低い

Mg-C 電極では電流の立ち上がり電圧が低くなっている．

Mg-Air 電極のアルカリ生成効率が最も高くなった．

1）

1）

これは，Mg-C 電極においても起電力（1.53 V ）が発生す

なお，海水中には CO3 が存在するため，電解を行うるためである．空気電極（ Mg-Air ）
では，さらに起電力（2.76と MgCO3 が空気電極の表面に析出する ．これによりV ）が大きいため，印加電圧 0 V の時点で電流が流れてアルカリ生成効率が低下することがわかっており，このいる．この電流値の大きさは，装置の内部抵抗に依存す対策は今後の課題である．

2－1）ると考えられる．一般に空気電極は電流密度が高くなる

5．まとめと酸素の拡散が律速となり電流が飽和するが，本実験で電解による海水のアルカリ化に関して，Mg-Air 電極は外部電源で電圧を加えているため，陰極側で次の反応の効果を先行研究の方式と比較し検討した．その結果，が進み，電圧に対して電流値は増加し続けている．

同一電流でアルカリ度が高く，電圧値が低い Mg-Air 電

陰極：2H2 O＋2e → H2 ＋ 2OH－（3）－同一電圧で見ると，Mg-Air 電極の電流値が最も大きい．アルカリ物質の生成量は電流値に依存するため，同一電流で電圧値を下げることのできる Mg-Air 電極がアルカリ生成効率の観点から有効であると期待できる．
模擬海水の pH，アルカリ度と電解時間の関係を図 3に示す．図中には C-C 電極と Mg-C 電極の実験結果も示してある．電流密度は 33.3 mA/cm 一定とした．pH は，
2いずれの場合も時間の経過に対し上昇している．各電極極が最もアルカリ生成効率が高いことが示された．
参考文献
1） 乾 貴誌，浅川大輔，豊角浩之，瑞慶覧章朝，澤井 淳，
當山広幸，中田栄寿，江原由泰：海水のアルカリ化に対するマグネシウム電極を用いた電解工程の省電力化．日本マリンエンジニアリング学会誌，50［1］（2015）113-118
2） 乾 貴誌，豊角浩之，浅川大輔，瑞慶覧章朝，澤井 淳，
當山広幸，江原由泰：海水のアルカリ化に対する 2 室電解処理法によるエネルギー効率向上．日本マリンエンジ
ニアリング学会誌，51［4］（2016）520-525