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Research on Advanced Alumina Reduction Technology for Lunar Resources Utilization

Research Project

Project/Area Number 17K18935
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Aerospace engineering, Naval and maritime engineering, and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

KOMURASAKI KIMIYA  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90242825)

Project Period (FY) 2017-06-30 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords航空宇宙工学 / エネルギー全般 / プラズマ / レーザー / アルミニウム / エネルギー / 月資源 / アルミ還元
Outline of Final Research Achievements

I studied the technology that reduces aluminum oxide (alumina) and separates it into aluminum and oxygen by using laser ablation of alumina sintered rod. First, the laser intensity on the surface of the sintered rod and the area occupancy of the laser spot were optimized, and the theoretical maximum ablation rate (42 mg/s) was achieved. Next, an attempt was made to improve the ablation plume temperature upper limit (superheat limit temperature) by using an alumina/zirconia mixture, but it was found that this combination has a positive azeotrope, and the temperature did not rise. Finally, by observing the state of aluminum deposited on the surface of the sintered rod for the recovery of aluminum and examining the analysis and optimization of theoretical precipitation conditions, the surface temperature of the recovery system needs to exceed the aluminum melting point.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

提案するアルミ製錬技術が完成すると月面における長期有人活動に道を開くことができる。また水素貯蔵技術・サイクルとしても画期的であり、アルミ燃料輸送の方が液体水素輸送よりも安全で効率的なこともあり、温室化ガスを排出しない航空機や船舶用燃料としても期待でき、月面、宇宙ステーション、地上、極地などにおいて、太陽光と水のみの環境でエネルギーサイクル(エネルギーの備蓄と発生)を構築することもできる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Laser Spot Size and Preheating Effects on Alumina Reduction Using Laser Ablation2020

    • Author(s)
      Seiya Tanaka, Shin Yamada, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi
    • Journal Title

      Journal of Thermophysics and Heat Transfer

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Alumina reduction by laser ablation using a continuous-wave CO 2 laser toward lunar resource utilization2018

    • Author(s)
      Tanaka Seiya、Yamada Shin、Soga Ryota、Komurasaki Kimiya、Kawashima Rei、Koizumi Hiroyuki
    • Journal Title

      Vacuum

      Volume: 印刷中 Pages: 495-499

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2018.07.054

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] アルミナのレーザーアブレーションにより生じた還元生成物の同定2018

    • Author(s)
      山田慎、田中聖也、小紫公也、川嶋嶺、小泉宏之
    • Journal Title

      プラズマ応用科学

      Volume: 66 Pages: 33-38

    • NAID

      130008066886

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 月面でのアルミナ還元に向けたアブレーションガス温度のレーザースポット径依存性の計測2019

    • Author(s)
      田中聖也, 山田慎, 小紫公也, 小泉宏之
    • Organizer
      日本航空宇宙学会第50期年会講演会, 東京都, 2019年4月.
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーアブレーションを用いたアルミナ還元における試料予加熱によるエネルギー変換効率向上2019

    • Author(s)
      田中聖也, 山田慎, 小紫公也, 小泉宏之
    • Organizer
      ーザー学会学術講演会第39回年次大会, 東京都, 2019年1月
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Preheating in Alumina Reduction using Laser Ablation Toward Utilization of Lunar Resources2019

    • Author(s)
      Seiya Tanaka, Shin Yamada, Kimiya Komurasaki, Hiroyuki Koizumi
    • Organizer
      AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum, Indianapolis, IN, July, (2018)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 月資源利用を目指したCWCO2レーザーによるアルミナ還元・回収実験2018

    • Author(s)
      山田慎, 田中聖也, 小紫公也, 小泉宏之, 川嶋嶺
    • Organizer
      日本航空宇宙学会第49期年会講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Alumina Reduction by Laser Ablation Using a Continuous-Wave CO2 Laser Toward Aluminum Energy Cycle2018

    • Author(s)
      Seiya Tanaka, Shin Yamada, Kimiya Komurasaki, Makoto Matsui, Rei Kawashima, and Hiroyuki Koizumi
    • Organizer
      AIAA Propulsion and Energy Forum
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レゴリスからのアルミニウムおよび酸素の獲得を目指したCWレーザーアブレーションによるアルミナ還元2018

    • Author(s)
      田中聖也, 山田慎, 小紫公也, 小泉宏之, 川嶋嶺
    • Organizer
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] レーザーアブレーションを用いたアルミナ還元における試料予加熱によるエネルギー変換効率向上2018

    • Author(s)
      田中聖也, 山田慎, 小紫公也, 小泉宏之
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第39回年次大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 月資源利用を目指したCWCO2レーザーによるアルミナ還元・回収実験2018

    • Author(s)
      山田慎
    • Organizer
      日本航空宇宙学会年会講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Alumina Reduction by Laser Ablation Towards Use of Moon Resources2017

    • Author(s)
      Seiya TANAKA
    • Organizer
      The 11th International Symposium on Applied Plasma Science
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レゴリスからの金属回収を目指したCWレーザーアブレーションによるアルミナ還元2017

    • Author(s)
      田中聖也
    • Organizer
      宇宙エネルギーシンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Remarks] 月資源レーザー還元

    • URL

      http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp/cw/index.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 月資源レーザー還元研究

    • URL

      http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp/cw/index.html

    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-07-21   Modified: 2021-02-19  

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