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熱化学水素製造

索引 熱化学水素製造

熱化学水素製造(ねつかがくすいそせいぞう、thermochemical cycle)とは、複数の化学反応を組み合わせることにより水を比較的穏やかな熱条件で酸素と水素に分解する工業プロセスである。いくつかプロセスが提案されて開発が進められている。.

30 関係: A重油原子力塩素二酸化炭素化学反応ナフサメタノールヨウ素オイルシェールオイルサンドカルシウムギ酸ジェット燃料ソルベー法石炭液化石油化学硫黄燃料電池銅-塩素サイクル高温工学試験研究炉超高温原子炉重油臭素酸素水素水素燃料水蒸気改質

A重油

A重油(Aじゅうゆ)は軽油の一種である。日本独自の税制上の油種区分では、A重油とは重油の一種とされているが、化学組成的、世界標準的には、軽油の一種である。.

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原子力

原子力(げんしりょく。nuclear energy)とは、原子核の変換や核反応に伴って放出される多量のエネルギーのこと平凡社『世界大百科事典』より「原子力」の項。、またはそのエネルギーを兵器や動力源に利用すること。核エネルギー(かくエネルギー)や原子エネルギー(げんしエネルギー)ともともいい、単に核(かく、nuclear)と呼ぶ場合には、原子力を指すことが通例である。.

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塩素

Chlore lewis 塩素(えんそ、chlorine)は原子番号17の元素。元素記号は Cl。原子量は 35.45。ハロゲン元素の一つ。 一般に「塩素」という場合は、塩素の単体である塩素分子(Cl2、二塩素、塩素ガス)を示すことが多い。ここでも合わせて述べる。塩素分子は常温常圧では特有の臭いを持つ黄緑色の気体で、腐食性と強い毒を持つ。.

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二酸化炭素

二酸化炭素(にさんかたんそ、carbon dioxide)は、化学式が CO2 と表される無機化合物である。化学式から「シーオーツー」と呼ばれる事もある。 地球上で最も代表的な炭素の酸化物であり、炭素単体や有機化合物の燃焼によって容易に生じる。気体は炭酸ガス、固体はドライアイス、液体は液体二酸化炭素、水溶液は炭酸・炭酸水と呼ばれる。 多方面の産業で幅広く使われる(後述)。日本では高圧ガス保安法容器保安規則第十条により、二酸化炭素(液化炭酸ガス)の容器(ボンベ)の色は緑色と定められている。 温室効果ガスの排出量を示すための換算指標でもあり、メタンや亜酸化窒素、フロンガスなどが変換される。日本では2014年度で13.6億トンが総排出量として算出された。.

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化学反応

化学反応(かがくはんのう、chemical reaction)は、化学変化の事、もしくは化学変化が起こる過程の事をいう。化学変化とは1つ以上の化学物質を別の1つ以上の化学物質へと変化する事で、反応前化学物質を構成する原子同士が結合されたり、逆に結合が切断されたり、あるいは化学物質の分子から電子が放出されたり、逆に電子を取り込んだりする。広義には溶媒が溶質に溶ける変化や原子のある同位体が別の同位体に変わる変化、液体が固体に変わる変化MF2等も化学変化という。 化学変化の前後では、化学物質の分子を構成する原子の結合が変わって別の分子に変化する事はあるが、原子そのものが別の原子番号の原子に変わる事はない(ただし原子間の電子の授受や同位体の変化はある)。この点で原子そのものが別の原子に変化する原子核反応とは大きく異なる。 化学反応では反応前の化学物質を反応物(reactant)、反応後の化学物質を生成物(product)といい、その過程は化学反応式で表記される。例えば反応物である(塩酸)とNaOH(水酸化ナトリウム)が化学反応して生成物であるH2O(水分子)とNaCl(食塩)ができあがる状況を示した化学反応式は と表記される。.

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ナフサ

ナフサ(英語:naphtha)とは、原油を常圧蒸留装置によって蒸留分離して得られる製品のうち沸点範囲がおおむね30 - 180℃程度のものである(2012年3月19日時点のアーカイブ)。粗製ガソリン、直留ガソリンなどとも呼ばれる。 ナフサのうち沸点範囲が35 - 80℃程度のものを軽質ナフサといい、日本では石油化学工業でのエチレンプラント原料として多く使用される。輸入原油を国内で精製して製造するものと、ナフサとして輸入するものが相半ばする。 沸点範囲が80 - 180℃程度のものを重質ナフサといい、接触改質装置におけるガソリンおよび芳香族炭化水素製造の原料としての使用が中心である。これは重質ナフサが炭素原子を6個以上持つ炭化水素を主成分としているため、接触改質における脱水素環化反応によって芳香族炭化水素を多く生成するからである。オイルライターやキャンプ用ポータブルストーブの燃料(ホワイトガソリン)に用いられる。.

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メタノール

メタノール (methanol) は有機溶媒などとして用いられるアルコールの一種である。別名として、メチルアルコール (methyl alcohol)、木精 (wood spirit)、カルビノール (carbinol)、メチールとも呼ばれる。示性式は CH3OH で、一連のアルコールの中で最も単純な分子構造を持つ。ホルマリンの原料、アルコールランプなどの燃料として広く使われる。燃料電池の水素の供給源としても注目されている。.

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ヨウ素

ヨウ素(ヨウそ、沃素、iodine)は、原子番号 53、原子量 126.9 の元素である。元素記号は I。あるいは分子式が I2 と表される二原子分子であるヨウ素の単体の呼称。 ハロゲン元素の一つ。ヨード(沃度)ともいう。分子量は253.8。融点は113.6 ℃で、常温、常圧では固体であるが、昇華性がある。固体の結晶系は紫黒色の斜方晶系で、反応性は塩素、臭素より小さい。水にはあまり溶けないが、ヨウ化カリウム水溶液にはよく溶ける。これは下式のように、ヨウ化物イオンとの反応が起こることによる。 単体のヨウ素は、毒物及び劇物取締法により医薬用外劇物に指定されている。.

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オイルシェール

燃焼するオイルシェール オイルシェール()、油母頁岩(ゆぼけつがん)、油質頁岩(ゆしつけつがん)、油頁岩(ゆけつがん)とは、油母 (ケロジェン) を多く含む岩石である。これらを化学処理して液状もしくはガス状炭化水素とすることができる。 頁岩(シェール)以外にも油母を含む岩石があり、これもオイルシェールに含める場合がある。また、油母は多くの場合複雑な有機化合物であり、固体状であるので、これを液状や気体に変えるには工業的な処理が必要である 。そのため「オイルシェール(油分を含む頁岩)」、「シェールガス(頁岩由来ガス)」という用語は指し示す範囲が広く、この語を扱う場合にはそれが何を指しているのか十分に注意する必要がある。 オイルシェールはアメリカ合衆国を始めとして世界各地に埋蔵されている。世界的には2兆8000億~3兆3000億バレルが埋蔵されていると言われている 。 油母を熱分解することで、合成石油にすることができる。すなわちオイルシェールを加熱すると、油の蒸気や可燃性のガス(オイルシェールガス。シェールガスとは異なる)が発生するので、これを回収して使用する。オイルシェールを発電や暖房目的で直接燃やすこともあり、化学産業の原料として使うこともある。 オイルシェールは石油の代替エネルギーとなりうる 。 オイルシェールの採掘と処理は、土地利用、廃棄物処理、水利用、水質汚染、大気汚染などの環境問題を引き起こす可能性がある 。オイルシェールの工業的利用は、エストニア、中華人民共和国、ブラジルで盛んであり、ドイツ、イスラエル、ロシアでも実施されている。.

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オイルサンド

トリニダード・トバゴで露出しているオイルサンド層 オイルサンド (Oil sand、油砂(ゆさ)文部省編 『学術用語集 地学編』 日本学術振興会、1984年、ISBN 4-8181-8401-2。()))あるいはタールサンド(Tar sands)とは、極めて粘性の高い鉱物油分を含む砂岩のこと。原油を含んだ砂岩が地表に露出、もしくは地表付近で地下水などと反応し、揮発成分を失ったものと考えられている。色は黒ずみ、石油臭を放つことが特徴。油分が石炭を乾留した時に出るコールタールに似ていることから、初めタールサンドと呼ばれたが、実際の成分は石油精製から得られるアスファルトに近い。 母岩が砂岩ではなく頁岩の場合にはオイルシェール (Oil Shale) と呼ばれる。.

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カルシウム

ルシウム(calcium、calcium )は原子番号 20、原子量 40.08 の金属元素である。元素記号は Ca。第2族元素に属し、アルカリ土類金属の一種で、ヒトを含む動物や植物の代表的なミネラル(必須元素)である。.

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ギ酸

酸(ギさん、蟻酸、formic acid)は、分子量が最少のカルボン酸である。分子式は CH2O2、示性式は HCOOH。IUPAC命名法ではメタン酸 (methanoic acid) が系統名である。カルボキシ基(-COOH)以外にホルミル基(-CHO)も持つため、性質上、還元性を示す。空気中で加熱すると発火しやすい。なお、ギ酸を飽和脂肪酸として見た時は、常温常圧において他の飽和脂肪酸よりも比重が大きいことで知られる。多くの飽和脂肪酸の比重が1を下回っているのに対し、ギ酸の比重は約1.22と酢酸よりもさらに比重が大きい。ギ酸は工業的に生産されており、その水溶液は市販されている。.

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ジェット燃料

ェット燃料(ジェットねんりょう、Jet fuel)は、航空用のジェットエンジンに使用する燃料。JIS規格においては航空タービン燃料油と呼称する。 ジェット燃料は天然の原油を精製して得られる成分を主体に構成し、市販されている灯油やガソリンに幾分近い性質を備える。原油由来の炭化水素であるパラフィン属やナフテン属が中心となり、これに芳香属やオレフィン属が加わり、さらに水、金属成分、硫黄成分などの不純物を除去する。その他に添加剤を加えてジェット燃料を構成する。.

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ソルベー法

ルベー法 (Solvay process) とは、ガラスの原料である炭酸ナトリウムの工業的製法。電気分解が必要ないため、低コストで生産できる方法である。副材料のアンモニアと二酸化炭素を回収し再利用できるといった特徴も持っている。1861年にベルギーの化学者エルネスト・ソルベーが考案したことがソルベー法の名称の由来であり、1867年に実用化された。原料としてアンモニアを用いることから、アンモニアソーダ法とも呼ばれる。電離しにくい二酸化炭素をアンモニア水で電離させるのがこの方法の主要な部分である。.

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石炭液化

石炭液化(せきたんえきか、英語:coal liquefaction または coal to liquids、略称:CTL)とは、石炭を原料に石油代替エネルギーを生産することをいい、狭義では「化学的」に石炭を分解して石油類似の炭化水素油を製造することをさす。いっぽう広義では「物理的」に石炭を微粉化して水や石油と混ぜて流体化する事も液化に含める場合もある。2006年以降の原油値上がり局面の中で、経済的競争力のある石油代替燃料のひとつとされた。カーボンニュートラルではないという欠点はあるが、価格と大量供給においてバイオ油より優位である。 主に技術面よりコスト面が問題とされ、「石油が不足・高騰したときだけ一時的に注目されて研究・開発されるが、不足・高騰が解消すると忘れ去られて研究・開発は停滞する」傾向があったが、石油ピークを過ぎて石油が本格的枯渇・高騰期に入った反面、中国・インドの石油需要の増大を受けて実用化期にはいりつつある。.

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石油化学

石油化学(せきゆかがく、英語:petrochemistry)または石油化学工業とは、石油、または天然ガスなどを原料として、合成繊維や合成樹脂などを作る化学工業の一分野である。生成物が燃料や潤滑用油など、より上流に位置する石油精製業に属している場合はここには含まない。.

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硫黄

硫黄(いおう、sulfur, sulphur)は原子番号 16、原子量 32.1 の元素である。元素記号は S。酸素族元素の一つ。多くの同素体や結晶多形が存在し、融点、密度はそれぞれ異なる。沸点 444.674 ℃。大昔から自然界において存在が知られており、発見者は不明になっている。硫黄の英名 sulfur は、ラテン語で「燃える石」を意味する言葉に語源を持っている。.

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燃料電池

燃料電池(直接メタノール形燃料電池) 燃料電池(ねんりょうでんち、fuel cell)は、電気化学反応によって燃料の化学エネルギーから電力を取り出す(=発電する)電池を指す。燃料には方式によって、水素、炭化水素、アルコールなどを用いる。.

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銅(どう)は原子番号29の元素。元素記号は Cu。 周期表では金、銀と同じく11族に属する遷移金属である。英語でcopper、ラテン語でcuprumと言う。.

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銅-塩素サイクル

銅-塩素サイクル(どう-えんそサイクル、Copper-chlorine cycle、Cu-Clサイクル)は、水素製造に使われる反応プロセスの一つ。Cu-Clサイクルは、必然的に4つの化学反応を含むが、正味の反応は水の酸素と水素への分解である熱化学水素製造プロセスの一つである。化学物質はすべて再利用され、またCu-Clサイクルは熱を必要とする。.

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高温工学試験研究炉

温工学試験研究炉 (High Temperature engineering Test Reactor:HTTR) とは、日本原子力研究所(現: 日本原子力研究開発機構)が茨城県大洗町に建設した実験用の原子炉である。炉の形式は、冷却材としてヘリウムを利用した黒鉛減速ガス冷却炉である。燃料集合体は、ペブルベット型とは異なる六角柱型となっている。 1999年に出力30MWを達成した。2004年には950℃の原子炉出口冷却材温度を達成している。 また、固有の安全性を実証するため、冷却材流量低下試験等も行われている。 この原子炉は、発電だけではなく、IS法(en:Sulfur-iodine cycle)による熱化学水素製造に充分な熱量が得られるかの試験も行うことが目的とされていた。 現在、この炉の技術を元にカザフスタンのクルチャトフに高温ガス炉による熱併給発電所を建設する検討が進められている。.

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超高温原子炉

超高温炉の構造図、図はヘリウム冷却型のもの。 超高温原子炉(ちょうこうおんげんしろ、Very High Temperature Reactor,VHTR)は、1000度近い高温状態で発電を行う第4世代原子炉。ヘリウムを一次冷却材として使う方式が、最も開発が先行して実証炉段階にあるために高温ガス炉として知られているが、他に溶融塩原子炉または鉛冷却高速炉の超高温炉も研究されている。この原子炉は発生熱の出口部分で600 - 1000度近い高温が可能である。熱効率の高いガスタービン複合発電が可能で、ガスタービン原子炉として知られている。また高温ゆえ、原子力水素製造・原子力石炭液化・原子力製鉄などの工業熱源に使用可能で化石燃料枯渇後の工業熱源として期待されており、熱電併給により揚水発電を不要にできる。そして、冷媒が水でないため水素/水蒸気爆発しにくいなど、従来の軽水炉の欠点の多くを改善・一新する新世代炉である。.

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重油

重油(じゅうゆ)とは、原油の常圧蒸留によって塔底から得られる残油、あるいはそれを処理して得られる重質の石油製品である。ガソリン、灯油、軽油より沸点が高く、重粘質であることから名付けられている。しかし油の一種であるため水よりは軽い。英語では、一般に、重油 (heavy oil) よりも燃料油 (fuel oil) と呼ばれる。.

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臭素

臭素(しゅうそ、bromine)は、原子番号 35、原子量 79.9 の元素である。元素記号は Br。ハロゲン元素の一つ。 単体(Br2、二臭素)は常温、常圧で液体(赤褐色)である。分子量は 159.8。融点 -7.3 ℃、沸点 58.8 ℃。反応性は塩素より弱い。刺激臭を持ち、猛毒である。海水中にも微量存在する。.

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酸素

酸素(さんそ、oxygen)は原子番号8、原子量16.00の非金属元素である。元素記号は O。周期表では第16族元素(カルコゲン)および第2周期元素に属し、電気陰性度が大きいため反応性に富み、他のほとんどの元素と化合物(特に酸化物)を作る。標準状態では2個の酸素原子が二重結合した無味無臭無色透明の二原子分子である酸素分子 O として存在する。宇宙では水素、ヘリウムに次いで3番目に多くの質量を占めEmsley (2001).

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鉄(てつ、旧字体/繁体字表記:鐵、iron、ferrum)は、原子番号26の元素である。元素記号は Fe。金属元素の1つで、遷移元素である。太陽や他の天体にも豊富に存在し、地球の地殻の約5%を占め、大部分は外核・内核にある。.

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水面から跳ね返っていく水滴 海水 水(みず)とは、化学式 HO で表される、水素と酸素の化合物である広辞苑 第五版 p. 2551 【水】。特に湯と対比して用いられ、温度が低く、かつ凝固して氷にはなっていないものをいう。また、液状のもの全般を指すエンジンの「冷却水」など水以外の物質が多く含まれているものも水と呼ばれる場合がある。日本語以外でも、しばしば液体全般を指している。例えば、フランス語ではeau de vie(オー・ドゥ・ヴィ=命の水)がブランデー類を指すなど、eau(水)はしばしば液体全般を指している。そうした用法は、様々な言語でかなり一般的である。。 この項目では、HO の意味での水を中心としながら、幅広い意味の水について解説する。.

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水素

水素(すいそ、hydrogenium、hydrogène、hydrogen)は、原子番号 1 、原子量 1.00794の非金属元素である。元素記号は H。ただし、一般的には「水素」と言っても、水素の単体である水素分子(水素ガス) H を指していることが多い。 質量数が2(原子核が陽子1つと中性子1つ)の重水素(H)、質量数が3(原子核が陽子1つと中性子2つ)の三重水素(H)と区別して、質量数が1(原子核が陽子1つのみ)の普通の水素(H)を軽水素とも呼ぶ。.

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水素燃料

水素燃料(すいそねんりょう)とは、燃料として用いる場合の水素のこと。新エネルギーのひとつで水素エネルギーとも呼ばれている。.

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水蒸気改質

水蒸気改質(すいじょうきかいしつ、steam reforming)は炭化水素や石炭から水蒸気を用いて水素を製造する方法である。水蒸気変成(すいじょうきへんせい、steam reforming)、水素改質(すいそかいしつ、hydrogen reforming)、接触酸化(せっしょくさんか、catalytic oxidation)とも呼ばれ、工業的には主要な水素製造法である。小規模な水蒸気改質装置は現在、水素を燃料電池へ供給する手段として科学的な研究が行われている。.

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