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【磁気冷凍】欧州の牙城に日本が風穴か、２兆円の水素市場を掴むカギは材料研究［05/03］
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■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
ただ現状は液化水素の効率は３技術の中では３番目だ。水素の沸点は２０ケルビン（マイナス２５３度Ｃ）と低く、装置を作る上で厳しい制約がある。水素の液化装置は欧州２社が独占し、プラントの液化効率は２５―３５％に留まる。技術開発は効率化よりも、システムの信頼性を上げる方向に投資が振り向けられ、劇的な改善は見込みにくい。川崎重工業水素チェーン開発センターの森本勝哉理事は「液化は水素チェーンのコストの多くを占める。基礎的なブレークスルーが起きれば、民間で開発競争が起きる」と期待する。
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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。
https://c01.newswitc...DY_5cc39e5bb7530.jpg
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。
https://newswitch.jp/p/17474
続く） - コメントを投稿する
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続き）>>1
■磁性材、ＡＩ・データ科学活用で低コスト化
カギとなるのは磁性材料だ。磁気モーメントの変化量が大きいほど効率が上がる。沼澤特別研究員らはホルミウム・アルミニウム合金などの有望材料を開発済みだ。さらに原材料コストを下げるため、未来社会創造事業ではレアアース（希土類）を含まない磁性材料を探す。候補物質をリスト化して磁性を計測し、データベースを構築する。人工知能（ＡＩ）技術やデータ科学を活用して、データからの性能予測や絞り込みを繰り返す。
物質探索と並行して材料としての加工技術を開発する。磁性体と水素ガスの接触面積を増やすため、磁性体は直径２００マイクロ―３００マイクロメートル（マイクロは１００万分の１）の球状の粉にしてカラム（筒状容器）に詰める。この粉の真球度や粒径分布は充填率を左右するため、均一な磁性粉体の製造技術を開発する。また金属系材料は水素を内部に浸透し、劣化の原因になる。そこで水素を遮断するコーティングを開発する。アルミナや窒化チタンなどが候補になる。水素は遮断しつつ、熱は伝えやすい材料を探す。
https://c01.newswitc...Su_5cc39e7511e24.jpg
磁気冷凍システムは２種類開発する。液化プラントでは超電導磁石で５テスラという強力な磁場を作り集中的に冷却して液化する。水素ガスと超電導磁石を同時に効率的に冷やす設計が求められる。問題は水素ガスを７７ケルビンから液化温度の２０ケルビンまで冷やすため５０度以上の温度幅がある点だ。超電導材の転移温度と水素の温度に差ができる。超電導コイルはできるだけ高温で動作させたいが、コイルが水素を温めてしまう。反対もしかりだ。断熱と冷却、排熱をうまく設計する必要がある。これは誰でも扱える技術ではない。物材機構の橋本和仁理事長は「超電導材料や極低温材料の開発ノウハウが生かせる」と自信を見せる。
■１００Ｖ電源で稼働
もう一つが運搬時に液化水素の気化を防ぐ冷凍システムだ。液化水素が気化する２０ケルビンの狭い温度帯で効率を追求できる。だが可搬性を重視するため、永久磁石で発生させられる１テスラで稼働させる必要がある。現在約５％の冷凍効率を１５％に高め、１００ボルト電源で動く小型冷凍システムを開発する。
ただし気化は完全に抑える必要はない。気化した水素は運搬する燃料電池車やタンカーの燃料になるためだ。ＬＮＧ輸送タンカーも気化する天然ガスを燃料として利用する。川崎重工業の神谷祥二上席研究員は「液化水素の優位性はＬＮＧの技術を利用でき、国際的に流通制度が整備されている点」と指摘する。液化水素を国境をまたいで流通させる際に、世界的に安全基準や輸出入などの制度が整っている。
５０年に２兆円と目される水素市場で液化装置は最重要技術の一つだ。磁気冷凍技術は物質探索から材料開発、液化システム、社会実装まで、険しくも確かな道がある。水素社会が実現したときに欧州勢の独占を打ち破れているだろうか。日本の底力が試される。
https://newswitch.jp/p/17474 -
<丶｀∀´>
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う〜む
磁気のそのような効果があるとは
しらんかった -
もうじき完成
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理系で水素社会を推進するような研究成果を出すのは馬鹿
無駄飯食いの商社儲けさせるだけ
理系がやるべき研究は自宅の屋根のソーラー発電で電気を
全て自給できるようにする研究や自宅で光合成してエネル
ギーを全て自給できるようにする研究
要するにエネルギーを無駄飯食いの商社を介さずに得られ
るようにする研究
トヨタのミライを出すのは自宅で水から水素を自給できる
ようになってからでないとダメ
そこを理解してない理系が意外に多いことに驚く
このスレを見ている理系に人としてのモラルがあるなら、
資源や穀物を右から左に動かして中抜きしてるだけの姑息
で卑しい連中をこれ以上のさばらせるな -
水素ステーション作れるように、東京で場所を確保しないと
水素ステーションって建物では作れないみたいだから、今のうちに土地だけでも確保して、国主導で水素ステーション網を構築して置くべき -
運動エネルギーをゼロにしたら？(´・ω・`)
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なんか上手くいきそう
スパイがいなければ -
特許登録すれば全ての情報がチョンチャンに即時に流れる。
経産省って何かおかしいぞ。 -
あとでもっと簡素化したのを製造したろうか？
コストは、１/１００ -
５０％って、発電した電気の半分を捨てるってことでしょう？
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欧州に牙城あったか
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逆電子レンジみたいなものが発売されるのかな
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サムスン「成長分野見つけたニダ」
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俺、高校の時、熱中してた。
吹奏楽 なんちゃって -
有望なのはアンモニアでしょ。水素単体なんて古りー
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2050年、、死んでると思う
２ｃｈが続いてるといいな -
いや・・なんで日大？
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その水素はどこから持ってくるんだ？
化石燃料が尽きるまで化石燃料が最もエコロジーでエコノミーだよ。１００年後にはその技術が役に立つかもしれんね -
太陽光で行くから、水素は日本だけでやれ！
これで孤立だろ。オワンコ。 -
水素社会を推進しようとしてるのは猿並みの知能の馬鹿だけ。
水素は一般の自動車や家庭では、絶対に実用化されないし、専門
家は誰も実用化出来ると思っていない。
水素エンジンも燃料電池も完成の域に到達して居るけど、自動車
での利用は不可能。
何故なら、常温では絶対に液化しないと言う特殊な物性のせい。
千代田とかイワタニ産業が常温水素液化に挑戦をし続けているが
、実用レベルには程遠い。
だから、現在の水素自動車は、何と1000気圧前後のガスボンベを
搭載して実験をしていると言う恐ろしさ。
どの位恐ろしいかと言うと大砲の砲身の中で、砲弾を発射する火薬
が爆発する薬室内と同じくらいの圧力。
水素専門家｢一般人は騙されてる、電車に飛び込みたくなければ、水
素関連株には絶対に手を出すな｣ -
いやね
日本がエネルギー的に自立できるのは
水素とバイオマスしかないんだよね
まあ、電気分解は水素しかできんけど
バイオマスはすごいぞ、特にイモ
イモは、食糧にもなるし
”蒸し焼き”にして、合成ガスにすれば、ガソリンにも化学品原材料にもなる。
やはり、イモだな
近大の先生はえらい。 -
>>7
阿呆発見 -
>>6
2050年どころか、2030年に支那や朝鮮の2国が存在していると思ってる頭の狂ったガイジかｗ -
水素なんぞEVよりはるかにあり得ないのに捕らぬ狸の皮算用すぎて笑ってしまうｗ
この連中は70年代あたりなら、21世紀にはみな銀色の服を着て、エアカーや透明チューブ列車が動き、
エネルギーは核融合でタダ同然で供給され、全て自動で物が生産されるから
働かないでもいいというバラ色の未来だと言ってた連中だろうよｗ -
＞＞28
貯蔵と運搬のメリットがある
消費時に水を発生させるメリットがある（屋内でも酸欠を気にせず使用可）
一長一短の用途があるのだよ。 -
>>29
どうみてもデメリットの間違いだがｗそれがダメだからダメなのにな
まあどうでもいいよ、核融合だってタダ同然で無限のエネルギーとか言っちゃって70年ぐらい立つしな
石油と比べても明らかにデメリットだけど、メリットだとしても詐欺師と同じで何の意味もない -
中国が最近FCV開発に熱心だけど太陽光発電の余剰で水素を作ろうってのかね？それとも埋蔵量が莫大なシェールガスがあるから？
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>>32
1) 蓄電技術にブレークスルーはないという見通し。
2) 地産地消エネルギの太陽光では大規模発電するには土地確保が必要だが，大規模需要のある都市部では困難なこと。
3) 送電効率の改善は見込まれないため，大規模グリッドは実現し難い。
という理由が上がっていたかと思う。
そもそも，FCV関連特許は切れてきているから開発がしやすくなったし，先行メーカがあるので効率よい投資で実用化
もできる。社会インフラの大規模開発は共産主義体制の得意とするところ。 -
>>13
ガスのまま輸送するのにどのくらいコストがかかるか考えてみろ -
ねどりそう
結局 -
圧をかけたら簡単に水素ガスを溶かし込み、圧を抜いたら簡単に水素ガスを放出する
そういう液体あるいは多孔質の固体で軽量で安価なものがあれば水素ガスの貯蔵と運搬
に便利なのだがな。おそらく、改質で、水素をアルコール類にしたり、アルデヒド類
にして液体の物質として貯蔵し運搬するのが今のところは本命のようだが。 -
>>23
もしかした空気圧で動かしてもいいじゃ・・・ -
高温ガス炉で水を熱分解して水素製造するってのが有望だと思うけど
放射脳が騒ぐから政治的に無理だな -
>>30
子供部屋おじさんをバイオマスとして使うのが一番エネルギー効率いいぞ -
材料力学とか冶金工学習ってたら水素なんかありえないのだが
なんか間違えてないか -
中国に買われてしまいそう
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水素燃料電池発電はエネルギー効率８０パーセントで究極のエネルギーソリューション！
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いつものロマン記事か…
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>>4
断熱消磁って極低温の冷却で実用化されてるよ -
日本企業のアクションは社内儀式が大杉て遅過ぎるんだよ。
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3/27
【再生エネルギー】再エネで「CO2フリー水素」を低コスト化、「世界初」の技術検証に成功[03/18]
https://egg.5ch.net/...enceplus/1553683635/
6/17
【機械工学/エネルギー工学】水素と蓄電池で動くハイブリッド鉄道車両、JR東日本が実証走行へ 車両完成と実証走行は2021年度中[06/12]
https://egg.5ch.net/...enceplus/1560733841/ -
2018/06/22
【エネルギー】メガワット級の水素製造装置、日立造船が開発に成功［06/15］
https:
//egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1529642827/
2019/06/29
【化学/脱炭素】プライメタルズ、水素ベースの直接還元技術を開発 世界初[06/27]
https:
//egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1561812927/
2018/11/11
鉄鋼中の水素が結晶構造変化を抑制 九州大学と九州工業大学が発見 鋼材の高品質化・高強度化に向けた研究開発に貢献
https://egg.5ch.net/...lus/1541931441/17-21
2019/06/29
【科学】史上初、水素の金属化に成功？ 今度こそ本当っぽい 物理界のはぐれメタル捕獲か
https://asahi.5ch.ne...newsplus/1561787640/ -
マユツバな技術だなぁ
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>>49
2010/07/02
【材料】九州大学、水素で金属材料の強度が向上することを発見
https://toki.2ch.net...enceplus/1278066193/
科学者の常識だった「水素脆化」が覆される…逆に金属材料の強度が向上と判明 九州大
/news/1278035275/
【科学】「水素脆化」は間違っていた！ 水素で金属材料の強度が向上することを発見
/poverty/1278035446/ -
https://www.khi.co.j...ries/articles/vol39/
液体水素の貯蔵タンク -
バス、トラックには最適かもね。
電池が安く成り、ＰＨＶ化が進めば、出力の小さな燃料電池を塔載すれば出来上がり。
自家用車は、バイオエタノールのＳＯＦＣが最適かな。 -
「原子も凍る」超伝導量子冷凍機——1mKの極低温を達成
http://rosie.5ch.net...liveplus/1562277587/ -
液化天然ガスはこれで冷やしたほうがエコ？
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他の物を石油の代わりにしようとするとめっちゃ磁器だの圧力だの必要になるもんなあ
石油はほんま夢のエネルギーや -
原理説明しておくよ
断熱消磁（だんねつしょうじ）は極低温領域での冷却法の一つ。液体ヘリウムの蒸発潜熱や希釈冷凍（3He-4He希釈冷凍法）では冷やせない超低温の冷却が可能である。
零磁場下の常磁性体のスピンは任意の方向を向きその磁化は零である。強い磁場下にある常磁性体を十分冷却した後、断熱状態で磁場を下げる。
この時、断熱状態であるためエントロピーは変化しないが磁化は小さくなる。磁化と温度は比例関係にあるため、磁場が下がった分、常磁性体の温度は下がる。
銅の核スピンを利用した核断熱消磁法では10T程度の磁場下で10mK程度まで冷却し、0.1mK以下の温度の生成が行われている。
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