東北大、下水汚泥から高純度の水素を製造する技術を開発

東北大学(東北大) 多元物質科学研究所の張其武 助教と齋藤文良 教授の研究グループは、下水汚泥 (含 水率約 80%)から高純度の水素を90%以上の効率で発生させる手法を開発した。

下水汚泥は、 排水や下水の処理過程で、沈殿・ろ過などにより取り除かれる泥状の物質で、有機物と無機物から構成され、排水・下水から容積比で5~8%排出される。

下水汚泥の処理は、一般に濃縮-脱水前処理-脱水の順で行われ、コンポスト(生ゴミ処理容器)として利用されたり、焼却や溶融されて埋め立てられている。下水汚泥は都市圏での人口集中や水の使用量に比例して年々増加傾向にあり、排水・下水処理場における負荷の増大、最終処分場の逼迫の一因となっている。そのため、下水汚泥の資源化に関心が高まっているが、生活排水中の界面活性剤や蛍光増白剤、アンモニアや農薬などさまざまな有害物質の混入、さらには産業排水の流入によって重金属などが含まれる可能性もあり、有機肥料化や土壌改良材としての利用には慎重論があるため、現在は嫌気発酵により発生するメタンガスをエネルギーに転用したり、乾燥させ石炭火力発電用燃料としたり、セメント(エコセメント)やレンガの材料、路盤材などへの利用が進められている。

すでに同研究グループでは、木質バイオマスから純度98%の水素をセルロース基準で97%の収率で発生することに成功していたが、今回の成果は、その手法を改良することで、下水汚泥から粉砕と乾燥工程なしに高純度水素を高い収率で発生させることに成功したというもの。

具体的には、下水汚泥に無機粉体を添加、混合後、600℃程度で加熱するとH2:89.4%、CH4:0.7%、CO:2.1%、CO2:7.8%が発生する。この際の無機粉体は低廉な物質で、ガス発生の促進剤として機能するという。下水汚泥は細かい粒子であり、無機粉体と簡単に混合され、それを過熱することで、ガスが発生する。加熱時の雰囲気は水蒸気で、過熱後の固体残渣は炭酸カルシウムが主だという。

同手法は混合-加熱処理のみで、従来の木質バイオマスから高純度水素を発生させる手法で用いていた破砕処理は不要なため、これを活用することで、水素などのこれからの燃料電池や燃料ガスなどに向けた有価ガスが手軽に、かつ処理コストを低減して得られることが可能に入手可能になると研究グループでは説明している。



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