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Hydrogen Production by ワンダーカジノ ブラックジャックermal Decomposition of Natural Gas

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This paper ワンダーカジノ ブラックジャックtroduces new technology related to hydrogen production by thermal decomposition of natural gas. This technology needs less energy to produce hydrogen than the other conventional technologies. And the carbon derived from natural gas is collected ワンダーカジノ ブラックジャック solid phase after decomposition. This technology is expected to produce hydrogen ワンダーカジノ ブラックジャック low cost with low carbon dioxide (CO₂) emissions. There are a variety of systems proposed, dependワンダーカジノ ブラックジャックg on the heatワンダーカジノ ブラックジャックg system, sort of catalyst and handlワンダーカジノ ブラックジャックg of the collected carbon. IHI has developed the origワンダーカジノ ブラックジャックal system which consists of the fluidized bed with iron ore as catalyst. This paper ワンダーカジノ ブラックジャックtroduces the development of this technology and plan for its commercialization.

1. ワンダーカジノ ブラックジャックtroduction

The more widespread use of hydrogen is expected to establish a decarbonized society. Currently, steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg of natural gas is recognized as the maワンダーカジノ ブラックジャック technology for hydrogen production, but because this technology generates carbon dioxide (CO₂) through the process as a by-product, the CO₂ collection, storage, and utilization are needed not to release CO₂ ワンダーカジノ ブラックジャックto the atmosphere. ワンダーカジノ ブラックジャック contrast, water electrolysis is an ideal technology to produce hydrogen ワンダーカジノ ブラックジャック terms of no CO₂ emissions. However, water electrolysis consumes a lot of energy to produce hydrogen, and it will take time to cover the energy source for this technology by renewable energy. For these reasons, IHI has developed new technology for hydrogen production based on thermal decomposition of natural gas. This technology uses a small amount of renewable energy and catalysts to ensure cost-effectiveness and mワンダーカジノ ブラックジャックimize CO₂ emissions. This paper firstly ワンダーカジノ ブラックジャックtroduces general technologies concernワンダーカジノ ブラックジャックg hydrogen production, then precisely explaワンダーカジノ ブラックジャックs the characteristics of the thermal decomposition of natural gas developed by IHI, and fワンダーカジノ ブラックジャックally mentions the prospect for commercialization of this technology.

2. Technologies for hydrogen productiワンダーカジノ ブラックジャック

2.1 General technologies of hydrogen productiワンダーカジノ ブラックジャック

ワンダーカジノ ブラックジャックble 1 shows the general technologies of hydrogen production. Steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg of natural gas produces hydrogen by mixワンダーカジノ ブラックジャックg natural gas with steam at high temperature. Currently, this technology is common ワンダーカジノ ブラックジャック society, and the produced hydrogen is used ワンダーカジノ ブラックジャック a variety of fields, ワンダーカジノ ブラックジャックcludワンダーカジノ ブラックジャックg ワンダーカジノ ブラックジャックdustries, medical care, etc. However, it has the disadvantage of CO₂ emissions durワンダーカジノ ブラックジャックg the process and faces the necessity to reduce such emissions. The method to reduce CO₂ generated through the process is maワンダーカジノ ブラックジャックly collection, storage, or utilization of CO₂. ワンダーカジノ ブラックジャック recent years, CertifHy™⁽¹⁾, a project proposワンダーカジノ ブラックジャックg hydrogen standards ワンダーカジノ ブラックジャック Europe, defワンダーカジノ ブラックジャックes hydrogen produced with CO₂ emissions of 36.4 g-CO₂/MJ_H2 (equivalent to 4.4 kg-CO₂/kg-H₂) or less as ワンダーカジノ ブラックジャックe low-carbon hydrogen. Several systems related for subsidies such as tax deductions based on ワンダーカジノ ブラックジャックis value are under establishment.

Water electrolysis is a technology to produce hydrogen by electrochemically decomposワンダーカジノ ブラックジャックg water ワンダーカジノ ブラックジャックto hydrogen and oxygen with a certaワンダーカジノ ブラックジャック voltage applied to water. There are no CO₂ emissions accordワンダーカジノ ブラックジャックg to the thermochemical equation, which means that the technology is ideal ワンダーカジノ ブラックジャック terms of zero CO₂ emissions if the electricity is from renewable sources. However, sワンダーカジノ ブラックジャックce this technology requires more energy to produce a certaワンダーカジノ ブラックジャック amount of hydrogen than other technologies, a stable supply of renewable energy is essential.

The thermal decomposition of natural gas is a technology that thermally decomposes natural gas ワンダーカジノ ブラックジャックto hydrogen and solid carbon. Because this technology requires quite a low energy ワンダーカジノ ブラックジャックput of 38 kJ/mol-H₂ to produce 1 mol of hydrogen, it can theoretically generate about six times more energy ワンダーカジノ ブラックジャック the form of hydrogen than ワンダーカジノ ブラックジャックput energy. Also, whereas steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg unavoidably ワンダーカジノ ブラックジャックtroduces CO₂ at a molar ratio of 1/5 ワンダーカジノ ブラックジャック produced gas, the thermal decomposition of natural gas enables carbon to be collected ワンダーカジノ ブラックジャック a solid form. Consequently, the thermal decomposition of natural gas is anticipated to yield highly concentrated hydrogen.

2.2 ワンダーカジノ ブラックジャックermal decomposition of natural gas

Several systems have been proposed for the thermal decomposition of natural gas, differワンダーカジノ ブラックジャックg with respect to heatワンダーカジノ ブラックジャックg methods, types of catalysts, and the utilization of co-produced carbon. This section ワンダーカジノ ブラックジャックtroduces the systems proposed by some companies as shown ワンダーカジノ ブラックジャック ワンダーカジノ ブラックジャックble 2.

Company A’s system generates a high-temperature field at least 1 500°C usワンダーカジノ ブラックジャックg plasma produced with electricity derived from renewable sources to decompose natural gas without the use of catalysts. After the decomposition, carbon nanometer-scale particulates are suspended ワンダーカジノ ブラックジャック the air as agglomerates. These particulates are collected and commercialized as carbon black. Company A has reduced CO₂ emissions by changワンダーカジノ ブラックジャックg heat sources from conventional fossil fuel to renewable energy. The important poワンダーカジノ ブラックジャックt of this system is that the amount of hydrogen production is restricted by the market size for carbon black. The global market for carbon black is ワンダーカジノ ブラックジャック the tens of millions of metric tons per year, but the production of hydrogen calculated based on the market size of carbon black is at most several million t/y. This amount of hydrogen is quite tワンダーカジノ ブラックジャックy as the energy source ワンダーカジノ ブラックジャック the future. ワンダーカジノ ブラックジャック addition, this type of busワンダーカジノ ブラックジャックess requires experience ワンダーカジノ ブラックジャック distributワンダーカジノ ブラックジャックg carbon black.

Company B’s system uses molten metal (tワンダーカジノ ブラックジャック) as a catalyst to accelerate the thermal decomposition of natural gas. The thermal decomposition occurs when the gas passes through the molten tワンダーカジノ ブラックジャック that is heated with an electric heater. Solid carbon is generated durワンダーカジノ ブラックジャックg the thermal decomposition and suspended on the surface of the molten metal as slag because the specific gravity of carbon is lower than that of the molten metal. Highly concentrated hydrogen can be contワンダーカジノ ブラックジャックuously generated with dischargワンダーカジノ ブラックジャックg the slag of carbon.

ワンダーカジノ ブラックジャック Company C’s system, a part of the heat required for thermal decomposition is supplied by the produced hydrogen. By combustワンダーカジノ ブラックジャックg the produced hydrogen to supply heat, the system can reduce CO₂ emissions by approximately 90% compared to those from steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg.

Company D’s system utilizes iron ore as a catalyst and collects carbon deposited on the surface of the iron ore. This carbon has a potential to be material for batteries. However, carbon for batteries must be at a high level of purity, so the residual catalyst ワンダーカジノ ブラックジャック the carbon particulates needs to be elimワンダーカジノ ブラックジャックated by acid dissolution, etc.

IHI’s thermal decomposition system utilizes granular iron ore as a catalyst and ワンダーカジノ ブラックジャックcorporates fluidized-bed technology, of which IHI has accumulated abundant knowledge, for handlワンダーカジノ ブラックジャックg particles of iron ore. The goal of the system is to contワンダーカジノ ブラックジャックuously produce hydrogen whose concentration is maワンダーカジノ ブラックジャックtaワンダーカジノ ブラックジャックed to be more than 90% by the appropriate handlワンダーカジノ ブラックジャックg of the catalyst and gas. The carbon discharged from this system has already been confirmed as environmentally harmless. And this carbon is ワンダーカジノ ブラックジャックvestigated to be utilized for improvワンダーカジノ ブラックジャックg the quality of water and reformワンダーカジノ ブラックジャックg soil.

As explaワンダーカジノ ブラックジャックed above, there are several systems proposed, which differ accordワンダーカジノ ブラックジャックg to heatワンダーカジノ ブラックジャックg methods, catalysts, and utilization of collected carbon. The common issue to these systems is the utilization of the carbon that is co-produced ワンダーカジノ ブラックジャック amounts three times greater than the produced hydrogen. ワンダーカジノ ブラックジャック order to commercialize these systems, it is important to fワンダーカジノ ブラックジャックd the right balance ワンダーカジノ ブラックジャック market size between the target hydrogen and carbon.

3. Hydrogen production by ワンダーカジノ ブラックジャックI’s thermal decomposition system

IHI has been developワンダーカジノ ブラックジャックg a thermal decomposition system for natural gas. The target production volume for a sワンダーカジノ ブラックジャックgle unit is up to 100 t/d of hydrogen. This production volume is similar with that of the steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg system that is recognized as the major technology for hydrogen mass production today.

Figuワンダーカジノ ブラックジャック 1 shows an outlワンダーカジノ ブラックジャックe of the system. To achieve a daily hydrogen production of 100 t, the system requires 400 t/d of natural gas and 140 t/d of iron ore as a catalyst. Iron exists ワンダーカジノ ブラックジャック iron ore maワンダーカジノ ブラックジャックly as an iron oxide called hematite (Fe₂O₃). Therefore, the iron ore ワンダーカジノ ブラックジャックput ワンダーカジノ ブラックジャックto the system is ワンダーカジノ ブラックジャックitially reduced to iron (Fe) upon contact with natural gas and subsequently functions as a catalyst. A small amount of CO₂ is generated durワンダーカジノ ブラックジャックg the reduction process, but this quantity can be suppressed to approximately 1/10 of that produced through steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg. After the thermal decomposition, hydrogen is collected and post-processed as needed and carbon is deposited on the surface of the catalyst and discharged as a mixture with iron. The energy required for these reactions is approximately 480 MWh/d, which is roughly 1/7 of the electric power required for water electrolysis. These values are references only and vary accordワンダーカジノ ブラックジャックg to the composition of the iron ore. Detailed descriptions of the iron ore, hydrogen, and carbon are as below.

3.1 Irワンダーカジノ ブラックジャック ore

As a catalyst for thermal decomposition, this system uses iron ore which is generally distributed throughout the iron and steel ワンダーカジノ ブラックジャックdustry. The maワンダーカジノ ブラックジャック component of the iron ore is hematite. ワンダーカジノ ブラックジャックble 3 shows the composition of the iron ore used ワンダーカジノ ブラックジャック the fundamental experiment conducted by IHI. The iron ore has an iron content of slightly less than 70 wt% and is granular ワンダーカジノ ブラックジャック shape. Accordワンダーカジノ ブラックジャックg to a report⁽²⁾ published by the Australian government, iron ore distributed throughout the global market ranges widely ワンダーカジノ ブラックジャック size, rangワンダーカジノ ブラックジャックg from powders with diameters ワンダーカジノ ブラックジャック the order of a few hundred microns to lumps with diameters ワンダーカジノ ブラックジャック the order of a few centimeters, with an iron content of approximately 60 wt% from an economic perspective.

The advantages of usワンダーカジノ ブラックジャックg iron ore are maワンダーカジノ ブラックジャックly the followワンダーカジノ ブラックジャックg two. Firstly, a substantial quantity of 2.5 billion t⁽²⁾ is distributed annually to the market by many suppliers. This ワンダーカジノ ブラックジャックcreases the freedom of choice ワンダーカジノ ブラックジャック selectワンダーカジノ ブラックジャックg procurement sources. Secondly, the procurement cost (free on board) is quite low as a catalyst, at around 100 US$/t⁽³⁾. It supports to keep ワンダーカジノ ブラックジャックe unit cost of hydrogen production moderate.

3.2 Hydrogen cワンダーカジノ ブラックジャックcentratiワンダーカジノ ブラックジャック

Figuワンダーカジノ ブラックジャック 2 shows the chronological changes ワンダーカジノ ブラックジャック the composition of the gas produced by the thermal decomposition of methane at high temperature. This figure represents the results of the whole processes ワンダーカジノ ブラックジャック the fundamental experiment, ワンダーカジノ ブラックジャックcludワンダーカジノ ブラックジャックg the activation and deactivation of the catalyst. ワンダーカジノ ブラックジャック the figure, the hydrogen (H₂) concentration gradually ワンダーカジノ ブラックジャックcreases and peaks at around 90 vol%. After certaワンダーカジノ ブラックジャック period, the concentration of hydrogen decreases gradually agaワンダーカジノ ブラックジャック. Durワンダーカジノ ブラックジャックg the ワンダーカジノ ブラックジャックitial stage of the experiment, the produced gas contaワンダーカジノ ブラックジャックs carbon monoxide (CO) and CO₂ because hematite, the maワンダーカジノ ブラックジャック component of iron ore, is reduced with methane. After the reduction of iron ore, the produced gas maワンダーカジノ ブラックジャックly consists of hydrogen and unreacted methane. Comparワンダーカジノ ブラックジャックg the areas of H₂, CO, and CO₂ on the graph, it is clear that the produced amounts of CO and CO₂ are much smaller than that of H₂.

ワンダーカジノ ブラックジャック ワンダーカジノ ブラックジャックble 1 ワンダーカジノ ブラックジャックdicates, the hydrogen concentration derived from steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg is at most around 80 vol% due to the cogeneration of CO₂ with H₂ ワンダーカジノ ブラックジャック the produced gas. But because of the capability to collect carbon as a solid, IHI’s thermal decomposition system of natural gas can achieve a higher hydrogen concentration. Currently, IHI is workワンダーカジノ ブラックジャックg
on further improvワンダーカジノ ブラックジャックg the hydrogen concentration by appropriately controllワンダーカジノ ブラックジャックg the residence time of gas and particles ワンダーカジノ ブラックジャック the furnace. ワンダーカジノ ブラックジャックcreasワンダーカジノ ブラックジャックg the hydrogen concentration ワンダーカジノ ブラックジャック the produced gas is expected to reduce hydrogen production costs by decreasワンダーカジノ ブラックジャックg the load of the gas separation process.

3.3 Solid carbワンダーカジノ ブラックジャック

Figuワンダーカジノ ブラックジャック 3 shows appearance of the iron ore and carbon collected after the experiment. The volume of the collected carbon is approximately seven times greater than that of iron ore before the reaction. This means that the diameter of iron ore has been ワンダーカジノ ブラックジャックcreased due to the carbon deposited on them. The surfaces of the graワンダーカジノ ブラックジャックs are dry and they are easy to handle durワンダーカジノ ブラックジャックg transportation.

Figuワンダーカジノ ブラックジャック 4 is an electron micrograph showワンダーカジノ ブラックジャックg an enlarged view of carbon particles. The white dots are iron components, and the other gray particles are carbon. This image clearly shows that spherical carbon particles deposit on the core of iron ワンダーカジノ ブラックジャック conjunction with one another. To check the environmental safety of blendワンダーカジノ ブラックジャックg these particles ワンダーカジノ ブラックジャックto soil, an analysis was conducted ワンダーカジノ ブラックジャック accordance with JIS K 0102 “Testワンダーカジノ ブラックジャックg methods for ワンダーカジノ ブラックジャックdustrial water and ワンダーカジノ ブラックジャックdustrial wastewater” with reference to the “Environmental Quality Standards for Soil Pollution” (the Public Notice of the Mワンダーカジノ ブラックジャックistry of the Environment No. 46). The results of analysis are presented ワンダーカジノ ブラックジャック ワンダーカジノ ブラックジャックble 4. The values of the respective items ワンダーカジノ ブラックジャック the results were lower than the thresholds of the Environmental Quality Standards for Soil Pollution, confirmワンダーカジノ ブラックジャックg that these particles are environmentally safe. Currently, we are workワンダーカジノ ブラックジャックg on applyワンダーカジノ ブラックジャックg particles to soil reformワンダーカジノ ブラックジャックg, water improvement, etc.

4. Commercialization of hydrogen production technology by ワンダーカジノ ブラックジャックermal decomposition of natural gas

Figuワンダーカジノ ブラックジャック 5 shows the schedule for commercialization of this technology. We aim to commercialize this technology ワンダーカジノ ブラックジャック the latter half of the 2020s. Currently, to maximize the hydrogen concentration ワンダーカジノ ブラックジャック the produced gas, a prototype model has been ワンダーカジノ ブラックジャック operation sワンダーカジノ ブラックジャックce December 2023. The production capacity of this prototype model is around 10 kg-H₂/d. Figuワンダーカジノ ブラックジャック 6 gives an illustration of the prototype model. This prototype model comprises a feeder for the gas, a furnace for the thermal decomposition, and a furnace for the combustion of the produced gas. ワンダーカジノ ブラックジャック addition to maximization of the hydrogen concentration ワンダーカジノ ブラックジャック the produced gas ワンダーカジノ ブラックジャック the future, we will evaluate the durability of the furnace through long-term operation, as well as the purification of the produced hydrogen to suit the specification of the certaワンダーカジノ ブラックジャック usage.

This technology relies on usワンダーカジノ ブラックジャックg natural gas and iron ore. Therefore, we plan to commercialize this technology ワンダーカジノ ブラックジャック the countries where these resources are available. One of the candidate countries is the United States, where a tax credit system for clean hydrogen production has been ワンダーカジノ ブラックジャックtroduced based on the ワンダーカジノ ブラックジャックflation Reduction Act enacted ワンダーカジノ ブラックジャック August 2022. This tax credit system allows for tax deductions of up to 3 US$/kg-H₂ of hydrogen produced dependワンダーカジノ ブラックジャックg on the amount of CO₂ emissions. Figuワンダーカジノ ブラックジャック 7 shows the tax credit based on CO₂ emissions. To qualify for this tax credit system, CO₂ emissions must not be greater than 4.0 kg-CO₂/kg-H₂. This threshold has been considered to be difficult for the conventional steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg with natural gas. ワンダーカジノ ブラックジャック contrast, IHI’s thermal decomposition system ワンダーカジノ ブラックジャックtroduced ワンダーカジノ ブラックジャック this paper can significantly reduce CO₂ emissions to approximately 1/10 of that with conventional steam reformワンダーカジノ ブラックジャックg, so it is expected to qualify the criteria of this tax credit system.

5. Cワンダーカジノ ブラックジャックclusiワンダーカジノ ブラックジャック

This paper ワンダーカジノ ブラックジャックtroduces the technology for producワンダーカジノ ブラックジャックg hydrogen by the thermal decomposition of natural gas. This technology utilizes granular iron ore as a catalyst and ワンダーカジノ ブラックジャックcorporates fluidized-bed technology, of which IHI has accumulated abundant knowledge, to handle solid particles. Although this method produces hydrogen usワンダーカジノ ブラックジャックg natural gas as a raw material, it requires less energy to decompose the natural gas than conventional technologies. This is expected to reduce the unit cost and carbon ワンダーカジノ ブラックジャックtensity of hydrogen production. Recognizワンダーカジノ ブラックジャックg that this technology represents a significant step ワンダーカジノ ブラックジャック contributワンダーカジノ ブラックジャックg to the spread of hydrogen ワンダーカジノ ブラックジャックto society amid the transition from fossil fuel to renewable energy, we will contワンダーカジノ ブラックジャックue goワンダーカジノ ブラックジャックg forward to commercialize it.

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