燃料利用

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2011年10月19日、東北大学と産業技術総合研究所、日向市は、JR鉄道総合研究所旧リニア実験施設(日向市美々津町)で、太陽熱を利用したマグネシウム製錬の実証実験を開始した。
太陽エネルギーを利用したマグネシウム製錬技術としては、東京工業大学 矢部孝教授らの太陽光励起レーザーによるレーザー製錬法がある。一方、東北大学 未来科学技術共同研究センターの小濱泰昭教授らは、凹面鏡で太陽光を一点に集光する太陽炉を用いる点が異なる。小濱教授らのチームは、マグネシウムを用いた燃料電池の開発も進めており、試作品として、電圧6V、電流2A、容量30Ahのものをすでに開発済みである。実証実験について小濱教授にうかがった。(取材・構成:山路達也)

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staff on 2011/01/11 14:32
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日本経済新聞(1月10日付け)によれば、京都大学がマグネシウム電池を研究中とのこと。

京都大学の安部武志教授らのグループは革新電池のもう一つの候補「多価イオン電池」の実用化につながる成果を出した。同電池はリチウムを使わずに正極に酸化物、負極にマグネシウム金属を利用する仕組み。リチウムは1個ずつしか電子を動かせないがマグネシウムは2個ずつまとめて動かせ、電気容量も2倍になると期待される。

有機物の「2メチルテトラヒドロフラン」に臭化マグネシウムを加えた溶液を電解液に採用。これまで知られている物質のような危険な反応の心配はない。負極で放電や充電に対応するマグネシウムの溶解、析出反応が進むのを確かめた。さらにマグネシウム化合物を添加し、反応効率を上げるメドも付いた。こうした成果は、3個以上の電子をまとめて動かせる電池にも道を開く。

米国でも、トヨタ自動車がマグネシウム電池の開発を発表するなど、マグネシウムを電池の活物質として利用する動きが加速しつつあるようです。

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1月10日、トヨタ自動車がマグネシウム電池を開発中と発表したとのことです。

同プロジェクトを統括するエンジニア、ジェフリー・マカレウィッツ氏はデトロイトで開催中の北米国際自動車ショーでのインタビューで、ミシガン州にあるテクニカルセンターでマグネシウム電池の開発に取り組んでいると述べた。日本国内の研究所で進めている他の素材開発を補完する狙いがある。

同氏は、マグネシウム電池か代替材を使用した電池を搭載した自動車は2020年ごろまでに準備が整う可能性があると話した。(Bloomberg.co.jp

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Greentech Mediaによれば、米国エネルギー省の団体”ARPA-E”は、1億600万ドルを新エネルギーベンチャーに投資すると発表したとのこと。

The Department of Energy announced $106M today in funding for 37 experimental projects that could radically change the ways that we think of “alternative energy.”

この中には、安価なマグネシウムイオン二次電池を開発している、Pellion Technologies, Inc.が含まれています。

Pellion Technologies, Inc. – $3.2M – the project will develop an inexpensive, rechargeable magnesium-ion battery for electric and hybrid-electric vehicle applications. Computational methods and accelerated chemical synthesis will be used to develop new materials and chemistries.

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WIRED VISIONの「次世代電池レースで脚光を浴び始めた「マグネシウム電池」」では、株式会社TSCSAITECが開発しているマグネシウム電池を紹介しています。

開発されているのは、一次電池である「マグネシウム空気電池」と「マグネシウム水電池」、それに二次電池の「マグネシウム金属電池」です。

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NEDO(独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)の発表(2009年11月24日付け)によれば、埼玉県産業技術総合センター(SAITEC)はマグネシウムイオン二次電池の正極材料を開発したとのこと。
以下、プレスリリースからの引用です。

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staff on 2010/01/12 17:30
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質問:
金属マグネシウムは水や酸素と反応しやすいという性質がありますが、燃料として使う場合に、危険はないのでしょうか?
また、金属マグネシウムが酸化しやすいということは、燃料として長期間貯蔵できるのでしょうか?

回答:

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staff on 2009/12/24 09:36
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「マグネシウムは火力発電所の燃料として使える」では、マグネシウムと水を反応させ、生じた熱で水素を燃やせることを紹介しました。発生する高温高圧の水蒸気によって、タービンを回して動力を取り出すことが可能です。
下の動画は、2006年に東京工業大学で行われたマグネシウム燃焼エンジンの実験風景を撮影したものです。
2mm程度の小さな粒にしたマグネシウムを水と混ぜると、泥のような燃料になり、連続的に投入して燃焼させることができます。

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マグネシウム(から発生する水素)を直接燃焼させることもできます。マグネシウムと水との反応では、熱も発生します。この熱をうまく使えば、反応で発生した水素を燃やすことが出来、高温高圧の水蒸気が発生します。タービンを回して動力を取り出したり、充電に利用できるわけです。
この場合、マグネシウム1kg当たりの発熱量は水素燃焼分を含めると25MJ(メガジュール)。これに対して石炭は30MJとマグネシウムより少し高いのですが、石炭は一度燃やしたらそれで終わりです。燃えがらの処分にも手間が掛かり、燃焼によって膨大な二酸化炭素が排出されます。
一方、マグネシウムが燃えて(酸素と反応して)できた酸化マグネシウムはリサイクルしてマグネシウムに戻せます。燃焼でできるのは酸化マグネシウムと水(水素の燃焼による)だけで、二酸化炭素は排出しません。現在稼働している石炭火力発電所で石炭の代わりにマグネシウムを燃やす時代が来るかもしれません。

staff on 2009/12/13 19:22
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eVionyx's zinc fuel cell car / eVionyxが開発した亜鉛燃料電池車

eVionyxが開発した亜鉛燃料電池車

マグネシウムは燃料電池の燃料にもなりえます。
現在、亜鉛やアルミニウム、鉄、そしてリチウムなどの金属空気電池が開発されています。金属空気電池とは、金属と空気中の酸素の酸化作用を利用した電池です。通常の電池は、負極と正極それぞれに活物質が必要とされますが、金属空気電池の正極活物質は空気です。そして、負極活物質の金属を燃料として入れ換えられるようにすれば、金属空気電池が燃料電池になるわけです。
普通車の水素燃料電池車が500km走るためには水素6kgが必要とされますが、同じことをマグネシウム燃料電池車で実現するには70kgのマグネシウムがあればよいことになります。実用化の暁には、マグネシウムの燃料パックをカセットのように燃料電池の発電機構に装填する方式になると考えられます。今の自動車がスタンドで給油する感覚で、燃料パックを交換するわけです。
2003年、金属燃料電池の研究ベンチャー、米eVionyx社(ニューヨーク州、ホーソン)は普通乗用車を改造した実験車を開発し、亜鉛燃料電池で600kmの連続走行に成功しています。また、燃料パックを100回以上交換して走らせても問題がないことを実証しました。
この実験データを元にした亜鉛燃料電池の効率は、1kg当たり500W時。仮にマグネシウムに当てはめると、1kg当たり1500W時と、リチウムイオン電池(定常的には200W時)をはるかにしのぐ効率を期待できます。