国立先进产业技术综合研究所 [所长：中钵良二]（以下简称“AIST”）可再生能源研究中心 [研究中心主任：古谷弘秀] 氢载体小组 Taku Tsujimura 研究小组组长：Koichi Kojima 主要研究人员，日立制作所（以下简称“日立”）和电洋兴产株式会社（以下简称“电阳兴产”） “Denyo Kosan”）展示了福岛县正在推广的利用可再生能源电力生产氢气的供应链技术，该技术经过化学转化、储存和运输，然后通过氢共燃发电机系统发电。
该供应链使用可再生能源生产的氢气来生产甲苯氢载体是甲基环己烷（妇幼保健院）。此外，氢气混合燃烧发电机系统的总运行时间超过1000小时，发电量为300至500千瓦，氢气混合燃烧率为40％至60％。
本次演示由福岛县[内堀正夫知事]于 2017 财年至 2031 财年进行“促进福岛县引进可再生能源的支持项目（可再生能源相关技术示范研究支持项目）”相关的
本次演示的详细信息将于2020年7月5日至9日在土耳其（伊斯坦布尔）举行的第23届世界氢能大会（WHEC2020）上公布。
福岛县氢气供应链图片
作为全球变暖和能源安全的解决方案，太阳能和风能等可再生能源发电的引入正在世界范围内迅速扩大。日本政府正在推动各种措施，确保到2030年电力供应结构中22%至23%来自可再生能源，福岛县制定了到2040年左右100%由可再生能源满足县内能源需求的目标。另一方面，可再生能源发电量会根据天气条件等因素而波动，因此在并入电网时，存在出现差异的趋势。供电量和需求量之间的差异，这种差异很可能在未来产生大量的剩余电力。通常，消除这种供需不平衡的电力调整是使用蓄电池系统来完成的，但存储大量剩余电力需要巨大的成本。因此，氢作为大规模电力储存的手段而受到关注（图1）。可以利用剩余电力电解水来生产氢气，通过压缩、液化和化学转化氢气，可以在储罐中储存大量氢气。氢气还可以使用发电机转化回电力，也可以用作汽车等车辆的燃料。
图1 适当的储电方法
位于福岛县郡山市的 AIST 福岛可再生能源研究所正在开发一种系统，利用太阳能将电解水产生的氢气有效地化学转化为 MCH。 MCH是一种在室温和压力下为液态的有机化合物，是氢载体的候选者之一，理论上1升液态MCH可以储存500升氢气。我们相信，通过使用MCH，可以安全、廉价地储存和运输大量可再生能源，并且运输的氢气可以用作发动机和燃气轮机等内燃机的燃料，并且我们一直在开发氢气生产、储存和利用技术。
这项研发得到了福岛县（2017-2019 财年）促进可再生能源引进支持项目的支持。
AIST的氢载体生产系统是碱性水电解装置（高达30 Nm3/h)、冷凝器、加氢反应器组成。由于碱性水电解装置输入功率的波动，产生的氢气的流量和纯度波动较大。因此，传统上，系统设计是通过提供氢气净化器、氢气罐和压缩机等辅助设备来减轻波动的影响并稳定整个系统。
AIST 一直在开发一种系统，通过消除尽可能多的工序并为整个氢载体制造系统创建极其简单的配置，将设备成本降低一半（图 2）。此外，为了实时保持反应条件最佳，以应对可再生能源发电产生的不断变化的氢气流量，我们建立了一种控制反应的方法，将根据产生MCH的加氢反应器中发生的物理和化学现象的稳定数据创建的操作条件优化控制图纳入控制器中（图3）。结果，即使当氢气产生波动时，加氢反应的选择性也可以提高到996％以上，并且成功地抑制了反应副产物的产生。
图2 传统氢载体生产系统与AIST系统之间的差异
图3 MCH制造过程实时控制方法
此外，AIST与日立制作所和Denyo Kosan一起，在Hodogaya Chemical Co, Ltd的郡山工厂设置了基于柴油发动机的氢气共燃发电机系统，并进行了燃烧测试。将产业技术研究院生产的MCH供给日立制作所开发的脱氢装置，利用发动机的废热进行MCH脱氢反应生成氢气，并与同一工厂生产的氢气进行了氢气共燃试验（图4）。此外，他们成功地使用由福岛县学校午餐的废食用油制成的生物质燃料代替柴油来运行氢共燃发电系统。
氢气共燃发电机系统燃烧试验中，发电输出为300kW、热值比为60%的氢气与轻油共燃，进行了700小时的燃烧试验。此外，在发电功率500千瓦的条件下，热值比为40%的氢气燃烧了300小时，成为首个累计运行超过1000小时且没有出现重大问题的氢气混燃发电系统。此外，在发电输出为300kW的条件下，已经证实，通过将氢气的热值比提高到80％以上，可以在短时间内减少作为化石燃料的柴油的使用量80％以上，从而产生大量的CO2减排效果可期（图5）。
图4福岛县氢供应链示范现场
图5 氢气共烧减少化石燃料（轻油）的效果
未来，我们将利用本次示范所取得的成果，利用MCH氢载体来平衡可再生能源，稳定地向消费者提供电力和热力，并推广和扩大将石油联合企业、钢铁和化工厂产生的副产氢作为当地生产和当地消费的燃料的商业模式。