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NISTEP注目科学技術 - 2023_E598

水素プラズマを活用した水素製造
水素社会の実現が叫ばれているが、そのためには化学的に安定な水素キャリアとそのためのインフラが欠かせない。現在、メタンやアンモニアといった物質が水素キャリアとして注目を集めているが、その化学的安定性故に、分解して水素を製造するための技術が行き詰まっている。化学的には単純なプロセスであるが、製造コストが大きな壁となって立ちはだかっている。従って、現在の水素製造は天然ガス採掘時のメタンを分解したグレー水素、もすくはブルー水素（実態はグレー水素と思われる）である。本来の意味のブルー水素またグリーン水素を作る製造プロセスは、当然ながらコストが上昇する。
原理的にメタンを高温で熱分解すれば、炭素と水素に分けることが出来るが、そのためには膨大な熱量を必要とする。そのため、高温ではなく低温で触媒による中間プロセスを経た水素製造方法が精力的に研究されている。しかし、中間プロセスは僅かな温度の違いで複数の化学変化を伴う場合もあるので、制御が非常に難しい。
そこで、原点に立ち返り、高温でメタンやアンモニアを直接熱分解する方法が改めて注目されている。このとき、単に分子を原子に熱分解するのではなく、プラズマの状態にし、炭素と水素をイオンの状態でそれぞれ分別するプラズマ熱分解が注目されている。
プラズマ熱分解の利点はこれまでも理解されてきたが、プラズマ化のコストに問題があった。そこで、近年注目を集める核融合プラズマの技術とパワー半導体を活用したマイクロ波生成プラズマを活用した、メタンやアンモニアのプラズマ熱分解が提案されている。

研究室で開発している段階。実用化には、より低電力で低価格なマイクロ波源が必要。その実現に必要なパワー半導体が登場するまでに、あと数年かかると思われる。

パワー半導体を活用したマイクロ波源は、本内容だけでなく様々な分野にイノベーションを起こすと考えられる。

パワー半導体の技術革新とコスト低下。