NOK株式会社［代表董事兼社长：鹤正人］（以下简称“NOK”）米乐m6官方网站功能膜开发部技术本部［会长：中钵良二］（以下简称“AIST”）化学过程研究部[研究部负责人滨川聪]膜分离工艺组首席研究员Miki Yoshimune对高性能碳膜作为从有机氢化物中分离纯化燃料电池汽车（FCV）超高纯度氢气的新型分离技术进行了联合研究，最近成功开发出具有极其优异的氢气选择性的碳膜并将其制成大型模块。
开发的大型碳膜组件1m3/h规模的氢气纯化能力，在一次分离操作中可实现FCV用超高纯度氢气的ISO标准纯度（以C1换算，纯化氢气中的残留烃浓度为2ppm以下）的分离性能，以及在甲苯存在下的长期稳定性。此外，该模块不仅可以应用于各种类型的氢气提纯，还可以应用于二氧化碳、甲烷等多种气体的分离提纯。
此开发成果是通过以下项目和问题实现的。
项目名称：内阁府科学技术创新委员会战略创新创造计划（SIP）“能源载体”
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委托研究课题：“有机氢化物供氢技术的开发”
研究总监：Hide Iki（JX Energy Corporation）
目前，据说燃料电池汽车的氢气成本中约 60% 是加氢站的维护和运营成本（经济产业省的《氢和燃料电池战略路线图》）。在本研究中，我们旨在全面普及燃料电池汽车并实现氢社会，并开发供氢技术以降低成本。有机氢化物注1)）作为能量载体（图1）。为了将其投入实际应用，需要建立一种高效、紧凑、低成本的脱氢系统。FCV 氢标准注2)。
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| 图1有机氢化物加氢站概念图 |
变压吸附法（PSA法）作为传统的纯化技术，需要大量的能源来纯化超高纯氢气，并且存在设备规模、启动时间、氢气回收率等问题。相比之下，膜分离有望成为一种高度节能的创新技术。然而，对于氢气和甲苯的分离，现有的有机膜不具有足够的氢气选择性或对甲苯的耐化学性，因此需要开发高性能无机膜。
在这项研究中，我们使用一种无机膜作为一种新的分离技术碳膜注3)与 AIST 合作开发高性能碳膜。结果，我们成功开发了一种具有极高氢气选择性（氢气/甲烷选择性超过3,000，氢气/甲苯选择性超过300,000）的碳膜，可在一次分离中满足FCV的氢气标准（图2）。
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| 图2 开发的中空纤维碳膜 |
10882_11111中空纤维注4)型自支撑膜不需要支撑膜，膜成本低，可以制造紧凑的净化装置。
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| 图3碳膜分离氢气的机理 |
接下来，在这项研究中，我们实现了这种碳膜的大规模模块化。一般来说，在制造大规模模块化无机膜时，众所周知，由于膜性能的变化和缺陷（针孔）的出现，分离性能随着规模的增加而下降，这一直是无机膜实际应用中的主要问题。在本研究中，我们致力于改进碳膜制造方法、开发密封方法、优化模块结构等。3/h规模）氢气净化能力的大型碳膜组件（图4）。如图5所示，这个大模块具有极其优异的氢分离性能，即使放大后也不会出现缺陷，保持了碳膜原有的优异的气体分离性能。此外，在JX Energy Corporation的实际运行条件下进行的氢气/甲苯分离试验中，我们确认可以稳定地生产符合FCV氢气标准的高纯度氢气。
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| 图4大型碳膜组件外观图（右侧为500mL容量PET瓶） |
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| 图5大型碳膜组件的分离性能 |
此外，该模块不仅可以应用于各种类型的氢气提纯，还可以应用于各种气体（蒸汽）的分离提纯，如二氧化碳回收、甲烷浓缩、气体除湿（脱水）等。
展望未来，NOK的目标是通过提高碳膜的氢气净化能力、批量生产中空纤维以及推动大型组件的开发来扩大组件市场。