Electrosynthesis

Revolutionize the Electrochemical “Power-to-X” Technology

With the emergence of abundant renewable electricity, industries are replacing conventional thermochemical routes with electrification to reduce carbon intensity. However, electrochemical material conversion, so-called Power-to-X technology, faces challenges, as traditional thermochemical ways are often not easily electrified. Furthermore, highly active and state-of-the-art, high cost and scarcity of noble metal-based catalysts necessitate the development of alternative (electro)catalysts.

Therefore, we are developing precious-metal free catalysts for efficient electrocatalytic reactions to synthesize chemical fuels and feedstocks using renewable electricity, abundant resources, and water. Our group seeks to apply this approach to a variety of different chemistries where electrochemical routes are promising, such as the conversion of carbon dioxide into chemical feedstocks (e.g., methane), water electrolysis to convert water into hydrogen and oxygen, and electrochemical ammonia synthesis that can replace energy-consuming conventional Haber-Bosch Process. Our studies on electrocatalysts encompass extensive experimental components, e.g., the operando investigation of surface and interfacial processes using advanced characterization techniques. In addition, our group aims to integrate the fundamental understanding of catalyst materials into industrially relevant power-to-X systems.

　サステイナブルかつ高効率な材料合成プロセスとして、従来の触媒プロセスにかわる、電気化学的な物質変換反応が注目されています。この次世代の物質変換反応には、例えば、工場などから排出された二酸化炭素を電気化学的に還元し、資源化する二酸化炭素還元反応や、無尽蔵に存在する水を電気化学的に分解し、水素と酸素を取り出す水分解反応、さらには大気中の窒素と水から、次世代のエネルギーキャリアとして期待されるアンモニアを取り出す窒素還元反応などがあります。

　我々のグループでは、電気の力で水・二酸化炭素・窒素から次世代燃料を製造する電解デバイスの社会実装に必要な基盤技術を開発しています。本テーマでは、反応メカニズムに立脚した革新的触媒・電解質材料の開発だけでなく、社会実装を見据えたセル部材・スタック開発などを、産学連携体制を構築することで推進します。これらの革新的電気化学的物質変換デバイスの社会実装により、再生可能エネルギーの変動・余剰分を有効利用しながら、カーボンニュートラル社会の実現に貢献します。