摘要：氨作为燃料电池氢能载体，分解装置结构简单、效率较高，特别是携带方便、价格低、制造技术成熟，非常适合作为车用燃料电池的氢源，然而由于氨具有毒性，当存在残留时会使催化电极中毒，导致输出降低。本文中，为了防止催化剂中毒，对利用氨的可溶性除去残留氨进行了相关实验研究。

前言

近年来，随着温室效应气体的增加，全球变暖已成为全世界最大的问题之一。因此，削减占温室效应气体一半以上的由化石燃料产生的二氧化碳排放量成为亟需解决的课题。氢作为清洁能源近年来受到广泛关注，其作为能源使用时，只产生水和热，但其存在储藏和运输方面的课题。针对该课题，已构建了一种氨作为氢载体的制氢系统。将氨分解成氮和氢时，会残留有微小浓度的氨。但是，如果供给至燃料电池的气体中混合有1.0ppm以上的氨，催化电极就会中毒，导致输出降低。因此，本研究中，为了防止催化剂中毒，利用氨的可溶性除去残留氨。

氨的特性

NH₃是氮和氢的化合物，常温常压下是无色、有刺激性臭味的气体。可在气温20℃，约0.85MPa的条件下液化，因此相比于氢，更易于储存和运输。NH₃的氢含量为17.8wt，与其他含氢的碳类化合物丙烷和乙醇相差无异甚至更高，因此可从中提取较多氢。但NH₃具有毒性和腐蚀性，因此需谨慎处理。

利用氨分解的制氢系统

NH₃可用催化剂进行如下热解。

图1示出利用氨分解的供氢系统的概略图。如按照化学式（1）提取氢，需利用适当的催化剂加热氨。要使热分解产生的物质中的残留氨达到ppm水平，需加热至约700～800℃。催化剂可使用铀等金属催化剂或镍、铁等贱金属催化剂。根据氨的化学平衡计算结果可知，氨在500℃下可以分解成氢和氮。^（1）图1是使用催化剂分解氨后，将分解后的气体通过除氨器送入燃料电池的系统。

图1 供氢系统

除氨器

下图是新制的除氨器。通过鼓泡溶解残留氨气体。在除氨器内，如图2中右图所示，设有台阶用以延长气泡的接触时间。

图2 除氨器

除氨实验

该实验目的是比较该新制除氨器与现有除氨器的性能。在800℃的催化温度下分解氨时，残留氨约为300ppm。^（2）因此，实验条件是将混合有300ppm氨的氮气以16L/min的速度，在100kPa下流入12L水中。

图3 除氨器内残留NH₃的浓度的实验结果

该实验发现，台阶的设置并没有取得效果。因此，为提高氨的反应效率，在溶剂中混合酸性物质，以在除氨器内进行氨与酸性物质的中和反应实验。实验条件是以12L的水为溶剂，分别以15.6L/min和0.4L/min的速度向水中流入氮和液化氨，并向溶剂水中，分别以6mL/L、12mL/L的比例混入1N硝酸。记录到达3ppm之前的时间变化。图4为实验结果。

图4 NH3达到3ppm之前的时间变化

将1N硝酸分别以6mL/L、12mL/L的比例混合到12L的溶剂中时，结果发现溶解时间分别比仅用水溶解氨时延长至约1.5倍和2倍。

结语

在本研究中，尝试利用氨的可溶性，提高除氨效率。实验发现，延长气泡和溶剂的接触时间并无效果。但是，使用酸性物质硝酸可延长除氨时间。今后，还需进行实验以确认其他几种酸性物质的效果，并通过具有延长除氨时间效果的酸性物质，制作最佳的除氨器，以实现其在车载中的实用化。

【引用文献】

（1）杂贺高：作为氢载体的氨利用，能源与资源，Vol.35，No.1，pp.47-512014。

（2）杂贺高：氨燃料电池汽车的开发，PETROTCH，Vol.32，No.1，pp.54-58，石油学会，2009。

利用氨制造氢气时的残留氨回收系统的开发