■水素液化技術「磁気冷凍」実用化へ

水素を冷やして液化する。水素をエネルギーキャリアや燃料として使う水素社会では不可欠になる技術だ。だが３０年近く、液化の原理は変わっていなかった。この原理が覆ろうとしている。強力な磁力を用いる磁気冷凍技術が実用レベルに上がってきたためだ。欧州２社がほぼ独占してきた液化装置市場に風穴を開けるかもしれない。液化技術のブレークスルーの背景には日本の材料研究がある。（文＝小寺貴之）

■５０年に２兆円市場、水素社会到来迫る

　「２０３０年に９０００億円、５０年に２兆円の水素流通が掲げられている。この水素市場を日本がリードするためには液化技術が欠かせない」と日本大学の西宮伸幸特任教授は強調する。政府の「水素基本戦略」では３０年に水素１ノルマル立方メートル当たり３０円で３０万トン、５０年を視野に入れて将来は１ノルマル立方メートル当たり２０円で１０００万トンの供給が目標として掲げられている。それぞれ国内だけで９０００億円と２兆円の水素市場ができる計算になる。この巨大市場の獲得のため開発競争が進んでいる。

　水素をエネルギーキャリアとして使うため、有機ハイドライドとアンモニア、液化水素の三つの技術が開発されている。中でも液化水素は摩擦や熱損失などを無視した理論的な最大効率が９８％と試算されている。他の２種は化学反応を介して液体を作るが、液化水素は液化と気化の物理現象を利用する。名久井恒司東京理科大特任教授は「物理プロセスはエネルギーを機械的に回収しやすい」と説明する。液化の排熱を回収し、気化する際の膨張を利用できれば飛躍的に効率が上がる。

■現状は３番目

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　物質・材料研究機構は磁気冷凍技術でブレークスルーを起こそうとしている。物材機構の沼澤健則液体水素材料研究センターＮＩＭＳ特別研究員らは液化効率４０％を実現した。この磁気冷凍技術をもとに科学技術振興機構の未来社会創造事業として１０年間で３３億円を投じる大型プロジェクトが動きだした。目標は冷凍効率５０％の液化装置の開発だ。沼澤特別研究員は「既存技術は欧州２社が特許を固めてしまった。だが基本原理は３０年前のものを使い続けている。磁気冷凍は新しい技術。日本で知財を囲い込む」と意気込む。
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　磁気冷凍は磁性体に強力な磁場をかけて磁気モーメントを強制的にそろえる。磁場がなければモーメントはバラバラな方向を向く。強制的にモーメントをそろえる過程で磁性体から熱が排出され、磁場から解放されてモーメントがバラバラな方向を向く過程で周囲から熱を吸う。この発熱と吸熱を繰り返して水素ガスから熱を移す。

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産業技術総合研究所（茨城県つくば市）などの研究グループは、青色の顔料「プルシアンブルー」を利用した高性能の脱臭剤を開発したと発表した。元々は放射性物質除去のために研究を進めていた素材だった。活性炭などに比べ、臭いの元となるアンモニアを５～１００倍多く吸着するという。グループは畜産業やトイレなどでの利用を見込んでいる。

　産総研によると、この顔料は、原子レベルで見ると、鉄イオンなどからなる格子状の構造をしており、格子の隙間にアンモニアなどを吸着する。高橋顕・産総研主任研究員（３２）らは、一部の鉄を銅に置き換えることでアンモニアを吸着する効率を大幅に高めた。また、洗浄すれば何度でも使えるという。

　この脱臭剤と送風機を組み合わせた脱臭機を養豚場の豚舎（４８平方メートル）で使ったところ・・・

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読売新聞
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肥料の原料として世界中で生産されている水素と窒素の化合物「アンモニア」の新しい合成法を、九州工業大大学院生命体工学研究科（北九州市若松区）の春山哲也教授（５４）が開発した。水と空気だけを材料にする簡易的な方法で、化石燃料を使用する従来の製造法に比べて、大幅なコスト低減が見込まれる。環境への負荷も少なく、注目を集めそうだ。

　春山教授によると、世界の人口が増え続ける中、アンモニアは食糧の増産に欠かせない重要な化合物。世界で年間約１億７千万トン生産されている。

　現在の製造はほぼ１００％、１９１３年に実用化された「ハーバー・ボッシュ法」を採用。天然ガスに含まれる水素を高温、高圧で窒素と合成し、アンモニアを生み出す。ただし、大規模な工場が必要で、二酸化炭素（ＣＯ２）を排出することにもなる。

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https://web.smartnews.com/articles/fyvMhZ9PXHy

ハーバー・ボッシュ法とは鉄を主体とした触媒上で水素と窒素を反応させ、アンモニアを生産する方法です。1906年に開発されたこの方法は、1世紀以上が経過した現在でも肥料生産をはじめとするさまざまな工業プロセスに使用されており、21世紀の課題である食料とエネルギーの問題についても、救世主となり得るとされています。

The future is green: the future is ammonia… | World Fertilizer
https://www.worldfertilizer.com/special-reports/28122018/the-future-is-green-the-future-is-ammonia/

ヨーロッパの肥料産業団体であるFertilizers Europeは、「Feeding Life 2030」という報告書の中で増加する世界の人口を養う食料を効率的に生産する問題と気候変動への取り組み、そしてエネルギーを生産および輸送する新しい方法について述べています。

小麦をはじめとする農作物を育てるためには、窒素分を含む肥料を十分に供給することが重要です。ハーバー・ボッシュ法は窒素化合物であるアンモニアを工業的に、大規模に生産することが可能であり、世界中の人口を養うために必要不可欠な技術となっています。Fertilizers Europeによると、窒素肥料によって生産された食料は世界人口のうち50％を養っているそうです。

2019年の時点で世界の人口はおよそ75億人ですが、国連の試算によると2030年には世界の人口は86億人にまで増加するとのこと。10年強でおよそ10億人もの人口が増えることになり、今日と比べて10億人もの飢えた人々が生まれるおそれがあるとされています。そのため、ハーバー・ボッシュ法による肥料生産は世界の人口を養うために必要不可欠です。

by Danilo Ugaddan

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https://i.gzn.jp/img/2019/01/26/ammonia-panacea-food-and-energy/00_m.jpg

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20190126-ammonia-panacea-food-and-energy/