産業技術総合研究所は2023年10月20日、筑波大学との研究グループが、フロー式によるギ酸からの発電システムを開発したと発表した。ギ酸は水素の供給源として期待されているが、研究グループはギ酸から水素をつくる触媒を見直し、ポリエチレンイミンをイリジウム錯体触媒と未配位のビピリジンで架橋した固定化触媒を設計、合成し、フロー式による水素製造プロセスを開発。得られた水素を用いて燃料電池による安定的な発電を成功させた。技術の詳細は2023年10月14日、「ChemSusChem」に掲載された。
産総研は、ギ酸を水素キャリアとする高効率な水素製造システムの開発に向けた研究を進めており、今回の技術開発では、社会実装に向け、連続して水素を製造することを目指した。従来、ギ酸から水素を発生させるにはバッチ式が用いられてきたが、ギ酸水溶液を連続添加することが必要で、長時間の連続添加によって、水分が反応容器からあふれてしまうという課題がある。この課題を解決して連続的に水素を製造するには、バッチ式からフロー式への転換が必要だった。
研究グループは、バッチ式からフロー式へプロセス転換するためには、ギ酸水溶液に容易に溶出してしまう従来の錯体触媒を、触媒活性を維持したままで固定化することが必要だと考え、産総研が開発し、世界最高の圧力発生能を達成したイリジウム錯体触媒をポリエチレンイミンに固定化。この触媒を使ってギ酸を反応させたところ、従来の触媒と同等あるいはそれ以上の活性を示す一方で、熱安定性や耐久性が向上することを確認した。また、錯体（イリジウム）の溶出もほとんどなかった。
この結果を受け、研究グループは固定化触媒を用いてフロー式連続水素製造プロセスを構築し、2000時間以上の連続運転に成功した。さらに、得られた水素に含まれる一酸化炭素含有量は0.1ppm以下と、燃料電池自動車用水素燃料の品質規格（0.2ppm）をクリアした。また、得られた水素を用いて、固体高分子形燃料電池で発電試験も行い、5時間以上出力が下がることなく安定した発電ができることを確認した。
ギ酸はバイオマスや二酸化炭素などからも得られる化合物で、主に家畜飼料の添加剤として使われるなど比較的容易に手に入る。将来のエネルギー問題に対応するために、水素供給源の一つとして期待されているが、ギ酸から水素を製造する技術を社会実装するには多くの課題がある。
研究グループは「ギ酸を水素キャリアにするエネルギー技術の社会実装実現に向けて、さらに開発を進めていく。また、ギ酸から得られる水素を発電以外の用途にも活用できるよう研究を進めていきたい」としている。
