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公開番号2025088832
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2023203574
出願日2023-12-01
発明の名称アンモニアの合成装置
出願人日本特殊陶業株式会社,国立大学法人東京科学大学
代理人弁理士法人真明センチュリー
主分類C01C 1/04 20060101AFI20250605BHJP(無機化学)
要約【課題】電力原単位を低減できるアンモニアの合成装置を提供する。
【解決手段】合成装置は、窒素を含むガスが流れる反応場と、反応場にプラズマを生じさせるプラズマ発生装置と、を備え、励起された窒素と水素とを反応させてアンモニアを合成するものであり、酸化物イオン伝導型の固体酸化物形の電解セルを備え、電解セルを用いた水の電気分解によって水素を発生する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
窒素を含むガスが流れる反応場と、
前記反応場にプラズマを生じさせるプラズマ発生装置と、を備え、励起された前記窒素と水素とを反応させてアンモニアを合成する合成装置であって、
酸化物イオン伝導型の固体酸化物形の電解セルを備え、
前記電解セルを用いた水の電気分解によって前記水素を発生する合成装置。
続きを表示（約 160 文字）【請求項２】
前記電解セルの陰極は、前記プラズマ発生装置の電極よりも下流に位置し、
前記陰極で発生した前記水素と、励起された前記窒素と、が反応してアンモニアが合成される請求項１記載の合成装置。
【請求項３】
前記電解セルの陰極は、前記プラズマ発生装置のアース電極である請求項１記載の合成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は窒素と水素との反応によりアンモニアを合成する合成装置に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
プラズマ発生装置を用いて励起した窒素と、水の電気分解で発生した水素と、の反応によってアンモニアを合成する先行技術は特許文献１に開示されている。特許文献２や非特許文献１にはプロトン透過型の電解セルとプラズマとを併用したアンモニア合成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－１６４７３６号公報
中国実用新案第２１７１４８５８７号明細書
【非特許文献】
【０００４】
ACS Energy Lett. 2021, 6, 2, 313-319
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行技術（特許文献１）では水の電気分解のために投入する電力に対する水素発生の変換効率が低いため、その水素を原料とするアンモニア合成の電力原単位が大きいという問題点がある。特許文献２や非特許文献に開示された技術のようにプロトン透過型の電解セルを用いる場合は、単一イオン伝導の固体酸化物形の電解セルとは異なり、混合イオン伝導となるため、原理的にファラデー効率を高くすることができない。
【０００６】
本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、電力原単位を低減できるアンモニアの合成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するための第１の態様は、窒素を含むガスが流れる反応場と、反応場にプラズマを生じさせるプラズマ発生装置と、を備え、励起された窒素と水素とを反応させてアンモニアを合成する合成装置であって、酸化物イオン伝導型の固体酸化物形の電解セルを備え、電解セルを用いた水の電気分解によって水素を発生する。
【０００８】
第２の態様は、第１の態様において、電解セルの陰極は、プラズマ発生装置の電極よりも下流に位置し、陰極で発生した水素と、励起された窒素と、が反応してアンモニアが合成される。
【０００９】
第３の態様は、第１又は第２の態様において、電解セルの陰極は、プラズマ発生装置のアース電極である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高温で水（水蒸気）の電気分解を行う酸化物イオン伝導型の固体酸化物形の電解セルは、作動温度が高く活性化過電圧が非常に低く、さらにファラデー効率を高くできるため、プロトン透過型の電解セルや水の電気分解のときに投入する電力に比べ、同じ量の水素を得るために電解セルに投入する電力を少なくできる。従ってアンモニア合成の電力原単位を低減できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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