[发明专利]热化学燃料制造用催化剂及热化学燃料制造方法

说明书

本发明提供包含能够热化学地制造燃料的钙钛矿氧化物的热化学燃料制造用催化剂及热化学燃料制造方法。这样的热化学燃料制造用催化剂是用于用第一温度和作为该第一温度以下的第二温度这两段热化学循环，由热能制造燃料的热化学燃料制造用催化剂，其特征在于，包含具有组成式AXO_3±δ的钙钛矿氧化物，在此，0≤δ<1，A是稀土元素、碱土金属元素或碱金属元素中的任意一种以上，X是过渡金属元素或准金属元素中的任意一种以上，O是氧。

技术领域

本发明涉及热化学燃料制造用催化剂和热化学燃料制造方法。

本申请基于2012年3月23日于美国申请的美国临时专利申请第61/615，122号和2012年8月31日于美国申请的美国专利申请第13/600，948号要求优先权，将其内容援引于此。

背景技术

热化学燃料生成法是指由从阳光等得到的热能制造化学燃料，将热能作为化学燃料贮藏的技术。通过高温(第一温度)－低温(第二温度)这两段热循环(热化学循环)制造燃料。实际上，若在高温下还原催化剂氧化物，并向其中导入作为原料气体的二氧化碳、水蒸气等，则催化剂氧化物吸收原料中的氧，能够制造混合气体、甲烷、烃、醇、氢等燃料。

作为氧化物系催化剂，主要报道了ZnO－Zn、Fe₂O₃－FeO、CeO₂－Ce₂O₃、非化学计量组成的CeO₂和它们的混合物、部分置换氧化物等。报道了使用了LaSrMnO₃系钙钛矿氧化物的甲烷的水蒸气改质(CH₄+H₂O→6H₂+CO)，但这与使用了水、二氧化碳的热化学燃料生成(H₂O→H₂+1/2O₂或CO₂→CO+1/2O₂)完全不同，使用了钙钛矿氧化物AXO₃的热化学燃料制造此前没有报道过。

在能够通过热化学燃料生成法生成的燃料中，例如，氢是在燃烧后仅生成水的清洁能源，因此作为可再生能源被给予期待。

将水直接分解制造氢(H₂O→H₂+1/2O₂)需要数千℃的高温，但是若使用热化学燃料生成法，则能够通过更低温的两段温度的热循环将水分解来制造氢(例如专利文献1)。

在两段温度(高温－低温)的热循环中，对于高温的加热已知利用太阳能的技术(例如专利文献2)。

太阳能是最丰富的可再生能源。为了充分利用这巨大的太阳能，必须将其大规模地以稳定的形式高效地保存。为了以化学的状态保存阳光，我们正在进行使用非化学计量组成的氧化物的太阳能热化学燃料制造的研究。驱动氧化物与气体物质之间的氧化还原反应的是两段热化学循环。氧化物在高温被还原，从氧化物中放出氧。另外，在导入二氧化碳和/或水蒸气的低温中，氧化物从导入的气体中夺取氧原子。其结果是生成混合气体、甲烷和氢燃料。热力学效率依赖于ZnO－Zn、Fe₂O₃－FeO、CeO₂－Ce₂O₃、非化学计量组成的CeO₂系和包含它们的若干组合的氧化物系催化剂，计算为15－75％。其它系的催化剂几乎未被研究。利用了太阳能的燃料制造中的最高转换效率在使用无添加(未掺杂)的二氧化铈、低温800℃－高温1630℃的太阳热化学循环中为0.8％，能够制造1.3～1.5升一氧化碳和氢。