地球温暖化でCO2の排出が大きな問題となっている。次世代の燃料の研究が進んでいるが、コスト面や維持管理、貯蔵・輸送などで未だにどれも発展途上と言わざるを得ない。兵庫県立大大学院工学研究科（兵庫県姫路市）の森下政夫教授（熱力学）の研究チームが、高価な白金（プラチナ）と同等の効率でアンモニア化合物から水素を抽出できる安価な新触媒を開発したと発表し、研究成果は英王立化学会誌に掲載された。低コストかつ安定して生産し、活用する技術への応用が期待されている。
水素は常温では気体で存在する。単位体積当たりのエネルギー量を示す「エネルギー密度」は、ガソリンの3000分の1しかない。ガソリン車と同じ走行距離を確保しようと、水素を車に搭載可能なサイズに収めるためには、常温で5万6000リットルの水素に1000気圧以上の高圧をかけて圧縮し、燃料タンクに充塡（じゅうてん）する必要がある。これだけの圧力に負けないタンクを車に搭載すると、タンクの重量の方が車体の重量を上回ることになる。
そこで考え出されたのが２つある。
金属の中には、水素を取り込む性質のあるものが複数あることが知られている。このような性質を合金化によって最適化し、水素を吸わせることを目的として開発された合金のことを「水素吸蔵合金」という。
「水素吸蔵合金」にはチタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケルなどの遷移元素の合金や、希土類元素、ニオブ、ジルコニウム1に対して触媒効果を持つ遷移元素（ニッケル、コバルト、アルミニウムなど）5を含む合金、マグネシウム合金などがある。
吸収した水素は安定しており、また水素放出が比較的穏和に行われるため、急激な水素漏れによる事故の発生も防止できる利点がある。しかし欠点としては、比重が重い金属もあり、合金の種類によっては車に搭載することに向かないものもある。さらに水素吸蔵・放出の過程で反応に伴う熱の問題もあり、今後の研究が待たれる。
これまで触媒として用いられてきた白金は高価でコストがかかるため、燃料電池車などの水素自動車普及の足枷となってきた。現在、安価な代替触媒の開発が進められ、白金と似た電子軌道（原子中の電子の状態）を持ち、約50年前から代替触媒として期待されているタングステン炭化物に改めて注目が集まった。
物質の磁気的特性のことを「磁性」と呼ぶ。白金は磁石を近づけるとわずかにくっつく「常磁性」の性質を持つが、タングステン炭化物はくっつかない「非磁性」で、これが触媒性能の差となっている。
そこで自ら磁石としての特性を持つ「強磁性」の金属コバルトをタングステン炭化物に混ぜ、強磁性の性質が発現することを見つけた。それを触媒として使うと、水に溶かしたアンモニア化合物から白金と同等の効率で水素を取り出せた。これはコバルトを混ぜることで水素の原子核を磁力で引き寄せ、整列させ、水素分子に変化を促したと森下教授は考えている。
森下教授は「水素を発生させる触媒の性能に磁性が関与していることが、世界で初めて明らかになった。白金を触媒として使っている他の用途にも活用が広がるだろう」と話している。
アンモニア化合物から必要なときに水素を取り出せることで大規模な設備が必要でなくなり、車やバス、トラックなどへの応用や様々な場面での活用が期待できる。
参考
水素の生産をもっと低コストで 兵庫県立大が安価な新触媒開発
https://mainichi.jp/articles/20220104/k00/00m/040/247000c
wiki 水素吸蔵合金
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E5%90%B8%E8%94%B5%E5%90%88%E9%87%91
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