Hajime Kawanami（组长）和 Masayuki Iguchi（AIST 博士后研究员）、微流化学小组、化学工艺技术研究所（所长：Satoshi Hamakawa）、日本国立先进工业技术研究所（AIST；所长：Ryoji Chubachi）和 Yuichiro Himeda（首席高级研究员）、氢能载体团队、可再生能源研究中心（导演：Shigeru Niki）AIST 开发了一种无需使用压缩机即可连续供应甲酸高压氢气的技术。

开发的技术可以在铱络合物作为催化剂的存在下，通过将氢载体甲酸分解为氢气和二氧化碳，无需任何压缩机即可轻松连续地生产40 MPa或更高的高压氢气。现有的利用氢载体的制氢技术需要经过多级精炼以去除原料和杂质。相反，所开发的技术利用了待精炼的二氧化碳和氢气处于高压下的事实，使得二氧化碳可以被液化并容易地从产生的气体中分离出来，仅产生高压氢气。此外，该开发技术可获得的高压氢气理论产量可达200​​ MPa或更高，因此该开发技术具备足够的能力为燃料电池汽车等供应高压氢气（70 MPa），预计将大大降低未来加氢站的建设成本。

该技术是作为日本科学技术振兴机构 (JST) 战略基础研究计划 (CREST) 研究主题的一部分而开发的。结果将于 2015 年 12 月 15 日至 20 日在美国檀香山举行的 PACIFICHEM 上公布。研究结果还发表在德国科学杂志上，化学猫化学，2015 年 12 月 10 日 (http://doiwileycom/101002/cctc201501296).

所开发的连续生产高压氢气的方法图

近年来，燃料电池汽车在日本商业化，加氢站数量快速增长。然而，建立加氢站需要昂贵的设备和维护成本。特别是，用于压缩氢气的压缩机约占设备成本的 30%（或包括蓄压器约 45%）。此外，压缩氢气的成本约占氢气供应价格的50%。因此，在生产高压氢气时，在压缩过程中找到一种经济有效、节能的方式，不仅对加氢站的建设有很大的影响，而且对降低氢气供应成本，从而扩大氢气在社会上的使用有很大的影响。因此，迫切需要一种能够以低成本和最小能耗生产高压氢气的技术。

AIST 正在研究和开发使用氢载体的高效制氢系统。最近的研究致力于利用甲酸作为新型氢载体，创新一种能耗更少、成本极低的高压制氢工艺，这是迄今为止难以实现的。现已开发出高效铱络合物催化剂，用于以甲酸为氢载体、温度低于100℃的制氢工艺技术（AIST 新闻稿，2012 年 3 月 19 日)。然而，由甲酸产生的氢气含有等摩尔量的二氧化碳。向燃料电池汽车供应氢气需要一个去除二氧化碳的精炼过程以及一个将氢气压缩到高压状态的过程。因此，本研究试图利用铱络合物催化剂生产高压氢气，并利用高压从二氧化碳中分离氢气，以开发一种从甲酸快速、轻松生产40 MPa或更高高压氢气的技术。

这项研究和开发得到了“利用可再生能源制造和使用能源载体的创新核心技术”项目（研究主管：Koichi Eguchi，工程研究生院教授，日本科学技术振兴机构战略基础研究计划 (CREST) 的京都大学）。

开发的技术利用甲酸与铱络合物的反应有效地产生氢气，因此能够提取化学能作为压力能并产生高压氢气。利用这项技术，可以在不使用任何压缩机的情况下轻松、连续地供应高压氢气。反应时，将甲酸和铱络合物催化剂置于耐压反应容器中，在80℃下发生反应，轻松连续地产生40MPa以上的高压氢气和二氧化碳气体（图1）。理论上可以产生225MPa的高压气体，目前已确认压力高达50MPa。催化剂中使用的每克金属的压力增加速度约为12MPa/秒/g-金属(4378MPa/h/g-金属)。 40 MPa 时的产气率为 224 L/h/g。这是文献中报道的使用钌络合物催化剂的速率的两倍多。唯一产生的高压气体是氢气和二氧化碳。虽然在甲酸分解过程中可能会产生一氧化碳作为副产物，但采用所开发的技术并未检测到任何一氧化碳。

图1：由甲酸产生的氢气和二氧化碳的量和压力

图2：反应设备示意图

由甲酸产生的由氢气和二氧化碳组成的30 MPa高压气体通过微型热交换器快速冷却至-10 °C（图2）。此时，均相很容易分离成气相和液相（图3）。如果冷却温度降低至 -50 °C，气相测量结果显示 85% 的氢气（和 15% 的二氧化碳）。该工艺利用了这样的现象：当生成的均相氢气和二氧化碳作为超临界流体立即被冷却，从而从超临界状态转变为高压状态时，混合物分离成两相：气态（主要是氢气）和液态（主要是二氧化碳）。

此外，使用这种方法可以在理想条件下将氢气精炼高达 93%。未来，研究人员的目标是通过将该方法与能够更快地冷却混合物的热交换器以及在高压下吸收和去除二氧化碳的单独技术相结合，从甲酸中生产出可供实际使用的高纯度高压氢气（9999％或更高纯度）。

图3：产生的高压气体（氢气和二氧化碳）以及分离成两相的相同气体

研究人员的目标是作为一种技术达到实际应用的水平，该技术可以最大限度地减少加氢站建设过程中所需安装的压缩机数量以及运行过程中所需的压缩能量。具体来说，他们的目标是开发一种能够生产70 MPa压力、纯度接近99999%的氢气的技术。此外，还将进行进一步的研究和开发，以建立一个理想的氢载体系统，该系统也利用该过程中产生的高压液态二氧化碳。