化学システム工学研究室

主な研究テーマ
エネルギーキャリア直接発電燃料電池の研究 　グリーン水素製造方法の研究 　アンモニアの電気化学的合成法の研究 　CO2水素化による有用化学物質合成法の研究 　低級炭化水素の有用化学物質への電気化学的変換法の研
研究分野
化学工学 　エネルギー工学 　反応工学 　触媒化学
研究キーワード
グリーン水素 　エネルギーキャリア 　燃料電池 　電解合成 　固体触媒 　電極触媒

PI 菊地 隆司 教授　Ryuji Kikuchi

PI メッセージ

化学システム工学研究室では、『木も見て森も見る』研究をします。森のことをよく理解して、その森ための木を植え育てます。逆に種から育った木を見て、どんな森ができるかの提案と設計をもします。一例として、燃料電池の新規な水素精製システム開発を紹介します。新たなシステム（森）として一酸化炭素を選択的にメタン化して除去する方法を提案し、これを実現するための触媒材料（木）を開発しました。水素精製システムの設計と要素技術の触媒材料開発の両方に取り組むことで、新しいシステムの実現に効率的に近づくことができました。

一方で、要素の材料開発（木）では、思いもかけない発見に出会うことがあります。前述の一酸化炭素を選択的にメタン化する触媒開発では、共存する二酸化炭素を100％の選択率でメタン化する材料（木）が見つかりました。当初の目的からは「ダメ触媒」なのですが、近年注目されている二酸化炭素のメタン化触媒としては「極めて優れた触媒」です。グローバルな炭素循環システム（森）に大きく貢献する材料です。このように、物質の性能を正確に把握し理解することと、柔軟な思考でそのシステムへの展開を思考することで、皆さんの前には新しいシステムを開発する大きな可能性が広がっています。一緒にゼロカーボン社会に向けた研究を進めましょう。

研究紹介

本研究室では、将来的なゼロカーボン社会に向けた効率的なエネルギー・物質変換システムの開発と、そのために必要な材料およびデバイスの研究に取り組んでいる。再生可能エネルギーを有効利用するための水素やアンモニア、メタンといったエネルギーキャリアの研究や、エネルギーキャリアからの高効率な発電や物質変換の研究を行っている。またCO2排出抑制や炭素資源の循環利用に向けて、固体触媒を用いたCO2と水素からの燃料や化成品原料といった有用物質合成にも取組んでいる。

メンバー

  • 菊地 隆司
    教授
    Ryuji Kikuchi
    研究分野
    化学工学, エネルギー工学, 反応工学, 触媒化学

主な研究業績

  • Y. Yuan, S. Tada, R. Kikuchi, Electrochemically promoted ammonia synthesis on an Fe/BaZr0.8Y0.2O3-δ catalyst at ambient pressure, Sustainable Energy Fuels, 6, 458-465 (2022).
  • S. Tada, H. Nagase, N. Fujiwara, R. Kikuchi, What are the best active sites for CO2 methanation over Ni/CeO2?, Energy Fuels, 35(6), 5241-5251 (2021).
  • Y. Yuan, S. Tada, R. Kikuchi, Ammonia synthesis using Fe/BZY-RuO2 catalysts and a cesium dihydrogen phosphate-based electrolyte at intermediate temperatures, Mater. Adv., 2, 793-803 (2021).
  • N. Fujiwara, H. Nagase, S. Tada, R. Kikuchi, Hydrogen Production by Steam Electrolysis in Solid Acid Electrolysis Cells, ChemSusChem, 14(1), 417-427 (2021).
  • S. Tada, F. Otsuka, K. Fujiwara, C. Moularas, Y. Deligiannakis, Y. Kinoshita, S. Uchida, T. Honma, M. Nishijima, R. Kikuchi, Development of CO2-to-Methanol Hydrogenation Catalyst by Focusing on the Coordination Structure of the Cu species in Spinel-type Oxide Mg1-xCuxAl2O4, ACS Catal., 10(24), 15186-15194 (2020).
  • T. Mishina, N. Fujiwara, S. Tada, A. Takagaki, R. Kikuchi, S.T. Oyama, Calcium-Modified Ni-SDC Anodes in Solid Oxide Fuel Cells for Direct Dry Reforming of Methane, J. Electrochem. Soc., 167(13), 134512 (2020).
  • Y. Honda, N. Fujiwara, S. Tada, Y. Kobayashi, S.T. Oyama, R. Kikuchi, Direct Electrochemical Synthesis of Oxygenates from Ethane using Phosphate-based Electrolysis Cells, Chem. Commun., 56, 11199-11202 (2020).
  • H. Nagase, R. Naito, S. Tada, R. Kikuchi, K. Fujiwara, M. Nishijima, T. Honma, Ru nanoparticles supported on amorphous ZrO2 for CO2 methanation, Catal. Sci. Technol., 10, 4522-4531 (2020).
  • N. Fujiwara, S. Tada, R. Kikuchi, Power-to-gas Systems Utilizing Methanation Reaction in Solid Oxide Electrolysis Cell Cathodes: A Model-based Study, Sustainable Energy Fuels, 4, 2691-2706 (2020)
  • S. Tada, K. Fujiwara, T. Yamamura, M. Nishijima, S. Uchida, R. Kikuchi, Flame Spray Pyrolysis Makes Highly Loaded Cu Nanoparticles on ZrO2 for CO2-to-methanol Hydrogenation, Chem. Eng. J., 381, 122750 (2020)
  • N. Fujiwara, T. Minami, R. Kikuchi, A. Takagaki, T. Sugawara, S. Tada, S.T. Oyama, Low Ni-Containing Cermet Anodes of Solid Oxide Fuel Cells with Size-Controlled Samarium-Doped Ceria Particles, J. Electrochem. Soc., 166(12), F716-F723 (2019).

応用化学のものづくり

連絡先

rkikuchi(at)chemsys.t.u-tokyo.ac.jp