論文・プレプリント

Xunyi Wang

石油・ガス業界の低炭素移行における水素エネルギーの応用可能性を、文献レビューと中国の長慶・勝利・タリム油田の事例から体系的に評価。産出水電解、風光ハイブリッド水素製造、枯渇層貯留、パイプライン混入などの技術経路を検討し、経済性は第15次五カ年計画期間中の損益分岐点達成を見込む。実証は技術的実現性を示すが、コスト・安全・標準化の課題が残る。

Hou Xinglong, Sun Haijun, Wu Xingxing, Yang Shucheng, Luo Kun, Yao Yu, Ren Guanlong

本論文は、水素燃料を用いたトラップ渦燃焼器の燃焼・排出特性を数値シミュレーションで解析し、ジェット火炎安定化法が主流とキャビティ間の熱・物質交換を改善し、火炎安定性と低排出を両立できることを示した。水素燃焼の実用化に向けた設計指針を提供する。

Wang Z, Jia C, Ren R +8

本論文は、プロトンセラミック電解セル（PCEC）の酸素電極におけるプロトン輸送を大幅に改善するリン酸塩材料（Sr3(PO4)2）を導入し、600°Cでの電解電流密度を最大148%向上させた。計算と実験により、リン酸塩経路がペロブスカイト母格子から独立して高速プロトン輸送を実現することを示した。この戦略はPCECの性能向上に普遍性があり、グリーン水素製造の効率化に貢献する。

Mohamed Shamseldein

ギガワット級の水素電解施設は電力系統に新たな電力変換器主体の負荷をもたらす。本論文は、高調波注入、低短絡容量環境での電圧安定性、周波数応答を包括的に評価し、標準負荷モデル（PERC1）が不十分であることを示す。プロセス安全ラッチと再起動電圧しきい値の修正を推奨し、標準化された接続要件を提案する。

YOLADI, Mehmet

太陽光発電と系統連系を備えたグリーン水素給油ハブの規模設計と運用計画を行うデジタルツインをMATLABとPythonで実装。駐車場データと炭素強度を考慮した線形計画で電解槽を最適運用する。

Maldonado Castro, Diana, Schönfeldt, Patrik

本論文は、2050年の飛行スケジュールに基づき、中規模空港のエネルギーシステムを多目的最適化し、水素・電動航空機の需要に対応する設計を提案する。部分的なオンサイト水素生産はLH2価格が9.5ユーロ/kg未満で経済的であり、15.5ユーロ/kg超では購入電力による生産が有利となる。インフラ投資が輸入エネルギーコストを削減し、空港の新たなエネルギー戦略を可能にすることを示す。

Omonov Baxtiyor Muxidin o'g'li

本論文は、太陽光発電と水素製造・貯蔵を統合したハイブリッドシステムのエネルギー収支と効率を解析する。太陽エネルギー変換、電気分解による水素製造、貯蔵プロセス、システム全体の効率を評価し、統合型太陽光・水素システムが効率的なエネルギー貯蔵と持続可能なエネルギー供給に有望であることを示す。

Ganesh I

本研究は、アルカリ水電解用の超低コストなPP布強化EPDMゴム-ZrO2複合多孔質膜を開発し、市販のZirfon膜と同等の性能を示した。HERおよびOERの過電圧はそれぞれ200mV未満、400mV未満で、100mA/cm2以上の電流密度を達成した。SEM/EDAX分析により、膜の多孔性と細孔構造が性能に影響することが示された。

Sami Hussun

鉄鋼・化学・精製などの脱炭素が困難な産業向けに、ブルー水素とグリーン水素の技術経済性・環境影響・コスト予測を比較。グリーン水素は2030年に2.00-3.50ドル/kgへ低下し長期的に優位、ブルー水素は短期的に1.50-2.50ドル/kgと安価だが、メタン漏洩により気候便益が損なわれる。グリーン水素優位シナリオはブルー比で1155億ドルの節約となる。

Swartz J, Wang W, Liu Q

グリーン水素のコスト低下を背景に、水素を電子供与体として用いた無細胞酵素系による補酵素再生技術を実証。NADPH再生を駆動し、ピルビン酸から乳酸への完全変換を達成した。水素分圧に依存した反応速度の向上と、熱力学的なラグフェーズの存在を解明。再生可能水素を利用した副生成物フリーの還元的バイオ変換プラットフォームを提案する。

Ramos-Estrada M, Aguilera-Torres C, Bejar-Vega A +2

本研究は、反応性分子動力学（ReaxFF）を用いて硫化水素（H2S）の熱分解機構を解明し、水素と硫黄の回収可能性を評価した。カットオフ半径の重要性を示し、40Åで収束することを明らかにした。素反応ネットワークを特定し、水素生成は主に水素引き抜き反応によることを示した。温度上昇に伴うエネルギーコストの増加を定量化し、3500Kでは完全解離限界と一致することを確認した。

Elgamal G, El-Shabasy A, Abdelkhalek M +2

乾燥地域での水不足を解決するため、大気中の水分を利用した2つの水電解システム（直接空気電解と除湿機併用アルカリ電解）を設計・比較。カイロの低湿度条件で、直接空気電解はLCOH 4.7ドル/kg（フルコストで5.8ドル/kg）を達成し、除湿機方式より約15%低コスト。制御フレームワークとプロトタイプも提示。

Guha A, Prajapati AK, Anand S +5

本研究は、低コストで効率的な水分解電極材料として、新規の混合酸化物-硫酸塩化合物(Na2Cu3(SO4)3O)を開発した。この材料は、水素発生反応(HER)において145 mVの過電圧を示し、Pt/Cに匹敵する性能を持つ。また、スーパーキャパシタとしても高い比容量(692 F/g)を示し、エネルギー貯蔵と水素生成の両方に応用可能である。

Jang A, Nguyen DA, Thi KAN +2

ヒト尿から高純度アンモニウムを回収しつつ、水素を同時生産する膜フリープラットフォームを開発。固定化ウレアーゼビーズとKCoHCF電極により、尿素の98%以上を加水分解し、アンモニウムを99.9%の選択性で回収。有機物の82%を除去し、正味エネルギー利得（-0.47 kWh/kg-N）を達成。物理情報に基づく劣化モデルでシステム寿命を高精度に予測し、自律運用を可能にする。

Prajapati G, Kumar S, Singh S

本研究は、原子力マイクロリアクターの蒸気を利用したバイオマス酸素-蒸気ガス化による低炭素水素製造の技術的実現性を、Aspen Plus平衡モデルで検証した。5MWeの原子炉が約11.25MWの熱を供給し、8トン/時のガス化炉を稼働。水素収率はバイオマス1kgあたり88-97g、合成ガス中の水素濃度は55-58vol%に達し、CO₂生成を低減し水素選択性を向上させた。

Bakhramov, Sh.K., Qosimov, M.U., Bakhramov, Sh.K.

本レビューは、太陽光発電によるアルカリ水電解（AEL）を用いた分散型グリーン水素製造の技術的実現可能性を、電解質、電極材料、電力調整の3点から評価する。ウズベキスタン条件で5kWの太陽光アレイから年間160-180kgの水素を生成可能とし、水素コストを5ドル/kg未満に低減する道筋を示す。低コスト材料とMPPTによる構成が資源制約地域に適する。

Jenei, Bettina, Al-Masri, Wael, Youssef, Souhail +3

この研究は、枯渇したガス貯留層を利用した水素地下貯蔵（UHS）の効率評価に必要な、タイト砂岩における水素-ブライン相対浸透率の実験的測定を実施した。水素の特性により、CO2やN2のアナログデータと異なる浸透率挙動を示し、既存データの直接適用は予測誤差を生むことを明らかにした。流体・浸透率固有のパラメータ設定の重要性を強調している。

Uju Emmanuel

水素圧縮機の信頼性と運用整合性を高める統合フレームワークを提案。状態監視、デジタルツイン、物理情報AI、予知保全、リスクベース保守を組み合わせ、リアルタイムデータで故障検知と余寿命推定を行う。水素インフラの拡大と低炭素化に貢献する。

Zhang Timing, Wang Yong, Zhao Weimin +3

X80パイプライン鋼の溶接熱影響部（HAZ）の各サブゾーンを模擬した試験片を用い、高圧水素含有石炭ガス環境での水素透過実験を実施。水素拡散係数などの透過パラメータを算出し、X80鋼と比較した。結果、HAZの水素拡散係数はX80鋼より低く、水素脆化感受性が高いことを示唆。水素輸送インフラの安全性評価に重要な知見を提供。

Yamawaki Michio, Yamamoto Takuya, Arita Yuji +3

ウラン合金の水素吸蔵・放出特性を調査し、水素エネルギーシステム向けの新規水素貯蔵材料を探索。劣化ウランの有効活用とコスト削減に寄与する可能性を示す。UNiAl金属間化合物などの特性を評価した。