分散性と含浸性に優れたニッケルスラリーの可能性～メタネーション技術とスラリー技術の応用可能性

ナノ粒子や微粒子を高分散させたスラリー（分散スラリー、ナノスラリー）は、近年さまざまな先端分野で応用が進んでいます。特にニッケル粉を用いたスラリーは、触媒用途にとどまらず、燃料電池や電極材料などへの展開が期待されています。
本稿では、分散性・含浸性に優れた当社のニッケルスラリー技術の概要と、応用可能性について、メタネーション技術を入り口にご紹介します。

日本国内のエネルギー消費の約60%は、暖房や給湯などの熱需要に充てられています。この熱需要の主なエネルギー源はメタン（CH4）を主成分とする都市ガスで、メタンは天然ガスから生成されます。天然ガスは石油や石炭に比べて燃焼時のCO2排出量が少ないため、環境に優れたエネルギー源とされています。

天然ガスと環境負荷──メタンと脱炭素社会の関係

都市ガスの利用は便利であると同時に経済的でもありますが、その一方で化石燃料である天然ガスをソースとして利用するため、CO2排出に伴う環境負荷の問題は依然として課題です。温暖化対策の観点から、天然ガスに代わるクリーンなエネルギーソースの開発が急務です。

都市ガスに替わるクリーンエネルギー技術として注目されているのが、「メタネーション」と呼ばれる技術です。この技術は、水素（H2）と二酸化炭素（CO2）を触媒によって反応させてメタンを生成するプロセスで、再生可能エネルギーから生成される水素と、産業活動から排出されるCO2を利用してメタンを生成し、化石燃料を一切使用しないため、CO2排出量の大幅な削減が期待されます。

（参考資料1: ガスのカーボンニュートラル化を実現する「メタネーション」技術｜エネこれ｜資源エネルギー庁 ）

メタネーションの仕組み

メタネーション反応は、フランスの化学者ポール・サバティエ(1854～1941)が発見した「サバティエ反応」とも呼ばれます。この反応では、触媒を用いて水素と二酸化炭素を化学反応させ、メタンと水を生成します。反応は以下の化学式で表されます：

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

メタネーション反応の触媒にはルテニウム（Ru）などの貴金属、またはニッケル（Ni）などの卑金属が使用されます（参考資料２）。貴金属触媒は高効率ですが、高コストであるため、一般的にはコストパフォーマンスの高いニッケル触媒が使用されています。

当社は、メタネーション反応に適した微細なニッケル粒子を多孔質な触媒担体に含浸しやすくした「超微粒ニッケル粉スラリー分散液」を開発しました。この技術は、ニッケルの触媒性能を引き出し、メタネーション技術の進展に寄与すると期待されています。

住友金属鉱山の超微粒ニッケル粉スラリー分散液の含浸性試験動画

当社の微細粒子合成技術と分散技術により、触媒粒子の分散液でも含浸し、1ステップで多量の触媒粒子を導入可能に。

ニッケル粉スラリーの応用が期待される分野

• 燃料電池の触媒：エネルギー変換効率を向上させます。
• 化学合成一般：メタネーション以外の多様な化学合成反応に利用でき、幅広い応用可能性があります。

住友金属鉱山の超微粒ニッケル粒子分散液に使用する微粒ニッケル粉についてはこちら
製品紹介｜超微粒ニッケル粉（開発品）

参考資料
1. ガスのカーボンニュートラル化を実現する「メタネーション」技術｜エネこれ｜資源エネルギー庁
2. Industrial Catalyst News (No. 150 Junuary 1, 2019, 触媒学会工業触媒研究会