研究计画书

\r 今全世界で使われている化石燃料車の数は約11.2億台、毎台車の内燃機燃焼効率が約30％の場合から見ると、化石燃料は驚く速度で浪費されている。その浪費の一部は排気の損失だと思う。燃料は内燃機の中で不完全燃焼するので排気の中に大量の一酸化炭素、炭化水素、窒素および硫黄酸化物が生じる。現在の処理方法は貴金属などの触媒で，その様々な気体を無害化にするものだ．この方法は優れた点がもちろんあるが、欠点は不完全燃焼した燃料を浪費することだ。私は、不完全燃焼の燃料をさらに利用して、燃料の利用率を上げたいという気持ちを持っており、このテーマを研究することにした。先行研究のとき、私の研究テーマと大体同じ研究の論文を読んだ、高温のリン酸型燃料電池を使い、車の排気のエネルギーを利用して発電する装置だ。でも、その電池はプラチナの触媒を使っているので、排気中の一酸化炭素、硫黄酸化物などの反応物は触媒に影響が及び、研究はうまくできなかった。\r \r 日本は燃料電池研究の領域で最先端の国として、様々な成果を果たした。例えばトヨタ自動車で使っている水素と酸素燃料電池は最新の水素保存方法を基に、安全性が高くなった。日本で燃料電池を研究すれば、様々な燃料電池に関する知識や研究経験が得られると思い、日本でこの研究をしたいと考えている。\r \r 私は、車の高温高圧の排気を同車に載っている溶融炭酸塩燃料電池の燃料として利用したい。この方法に則して、排気の中の不完全燃焼の燃料を二回（排気再循環系統がある場合は三回）利用することが可能になる。燃料電池で発生してきた電力を車の電気設備に供給すると、エンジンと繋がる発電機が要らなくなり、エンジンの燃焼効率を上げていけると思う。\r 排気発電を実現するため、私が溶融炭酸塩燃料電池を選んだ理由はまず、高温な車排気の特点を利用したい、ですからリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池と固体酸化物燃料電池しか選ばれない。そしてプラチナの触媒を使わない溶融炭酸塩燃料電池と固体酸化物燃料電池はリン酸型燃料電池と比べると一酸化炭素、硫黄酸化物などの反応物は触媒にあまり影響がない長所がある。車の排気の中に大量の一酸化炭素、炭化水素、窒素および硫黄酸化物があるから、電池が排気の環境の中でうまく運行できるため、溶融炭酸塩燃料電池と固体酸化物燃料電池しか考えられない。それ以外にも、排気の温度は異なりの運転状況によって違いことを考えなから、平均の温度は約500度からみると、800度が必要する固体燃料電池が使えない。溶融炭酸塩燃料電池の体積も十分小さいので、車の隅々の場所に置けて、そして水素と酸素燃料電池を比べると高圧な水素を使わないので自動車に乗車する人をより安心させることができる。以上の理由で私は溶融炭酸塩燃料電池を選んだ。\r

\r もちろん、私が研究したいことは上で先に述べた通りの理論よりもっと複雑だと思う。例えば自動車排気の様々な成分の解明、そしてその成分は電池の触媒に及ぶ影響を探しなければ、燃料電池は作れない。これは今後の研究で解決したい問題である。\r 研究目的\r 本研究は単純的な溶融炭酸塩燃料電池システムの部分を組み立て、実用性を研究することだけではなく、このシステムに制御装置を備えたいと思う。センサーのデータにそくし、異なりの運転状況で車排気中の反応できる部分の濃度と燃料電池の発電量によって、自動車電気に供給する電力量が自動的に変化でき、エネルキーを節約する目標を達成する。\r 研究意義\r \r 新しい自動車の電気にエネルギーを供給する方法である。この方法にそくせば、エンジンと繋がる発電機が要らなくなり、エンジンの燃焼効率が上がって行くと思う。それ以外にも、溶融炭酸塩燃料電池を使って、燃焼が不十分な燃料のエネルギーを回収すると、燃料の浪費が軽減できると思う。そして溶融炭酸塩燃料電池を使って、排気中の燃料を酸化させていくと、電力が得られることだけではなく，排気中の有害な気体（例えば：一酸化炭素、硫黄酸化物など）を無害に転化できると思う。以上の点が研究の意義である。\r 研究方法\r 1.文献調査\r

\r 溶融炭酸塩燃料電池の知識について、文献を調べる。調査対象はガソリンが燃えた後、残っている気体の成分である。その成分が燃料電池で反応できることと排気の中で十分な反応できる成分が残っていることと反応物は触媒に及ぶ影響を確認したい。そしてその結果に基づいて、化学反応の理論にそくして、燃料電池で反応した後の産物を推測する。推測の結果から、燃料電池で排気中の有害な気体（例えば：一酸化炭素、硫黄酸化物など）が無害に転化するのは効果があるかどうかを判断する。\r 2.実験\r

\r まず、研究対象の実験装置を組み立てる（燃料電池と周辺の装置）。後はこの実験装置を利用して、排気の成分を分析する方法と燃料電池発電量を測定する方法を使って、文献調査のとき調べた理論を検証したい。実験の結果によって排気の中で十分な反応できる成分が残っていること、燃料電池発電量が多いこと、そして燃料電池で反応した後の排気中の有害な気体が無害に転化するのは効果があることを証明できれば、この研究は意義があると思う。実験装置を研究した後、制御システムの設計と実験である。\r 参考文献\r ［1］ 溶融炭酸塩燃料電池\r 中国電池網\r

［2］ 竹原善一郎監修『燃料電池技術とその応用』\r テクノシステム刊、2000

年\r

［3］ 「燃料電池2004」『日経エレクトロニクス・D&M日経メカニカル・日経

エコロジー合同別冊』、2004年\r