長岡技術科学大学、関西学院大学、宇都宮大学、ダイハツ工業、アドバンエンジ、日本原子力研究開発機構らの研究グループは、福島第一原子力発電所の廃炉に伴う燃料デブリ(注)等の放射性廃棄物を対象に、保管容器の長期にわたる水素安全の確保と水素安全技術向上のため、保管容器内に蓄積される水素の濃度を低減する技術の開発に目処をつけた。

 今回のプロジェクトでは、高性能な 2 種類の水素再結合触媒(PAR)の製造技術を開発した。一つは、自動車触媒を応用した、実用性の高い「ハニカム型水素安全触媒」。これにより、外部からの電力供給なしで、発生した水素と酸素を容器内で安全な水に戻せる。

 もう一つは、プラチナ貴金属を担持したアルミナの微粒子を球形のアルミナ母材の表面にコーテイングした球状触媒。これは、従来の触媒に比べて単位体積当たりの水素処理能力が高く、触媒の個数により水素処理能力の調節が容易で、容器内の燃料デブリ等の装荷量に応じて効率的な利用が可能になる。

 また、PARによる水素処理技術の確立には、燃料デブリ保管容器内にPARを設置して水素挙動を実験的に評価する必要がある。このため、模擬容器を製作し、一連の実験を行って、PAR 性能に影響する多種の要因を明らかにし、水素処理技術の確立に目処をつけることができた。

 さらに、燃料デブリ保管容器内の自然対流による熱と物質の移動現象をシミュレーションするため、モデルの構築を行った。また、容器内の水素再結合反応による水素濃度の低減挙動の解明のため、水素の非定常濃度挙動の予測評価に必要な自然対流モデルと水素と酸素の結合反応を予測する触媒反応モデルを構築し、そのシミュレーション手法を開発した。

注:原子炉事故により溶融した燃料等が冷えて固まったもの。

参考:【関西学院大学】燃料デブリ等保管時の水素安全技術のさらなる向上に目処

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