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高性能な膜分離技術と廃棄物の有効利用による循環型新規CO2削減プロセスの開発

Research Project

Project/Area Number 20K12252
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
Research InstitutionResearch Institute of Innovative Technology for the Earth

Principal Investigator

伊藤 史典  公益財団法人地球環境産業技術研究機構, その他部局等, 研究員 (10366429)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山田 秀尚  金沢大学, 先端科学・社会共創推進機構, 准教授 (60446408)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
KeywordsCO2分離膜 / 高分子膜 / メタン発酵 / カルシウム抽出 / CaCO3 / 堆肥 / 分離膜 / カルシウムの抽出 / 炭酸カルシウム / 二酸化炭素の固定化 / CO2分離 / 分離性能 / 選択性 / 食品ゲル / 炭酸塩 / ガス分離 / 廃棄物 / 有効利用 / CO2削減プロセス
Outline of Research at the Start

申請者が先頃開発した高性能かつ耐久性に優れたCO2分離膜を改良して、廃棄物処理問題に着目した新たなCO2削減プロセスを構築することを目的とした。すなわち、①食品廃棄物のメタン発酵で生じたガスを、改良した分離膜で純度90%以上のCH4を生成する。次に、②分離回収した95%以上のCO2を廃セメント (廃棄物)の有効利用により固定化する。そして、③メタン発酵後の残渣物と固定化時の生成物を用いて、土壌改良が可能な堆肥を開発する。以上の技術を組み合わせた、循環型の新規CO2削減プロセスを本申請課題で開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではこれまで、①食品ゲルを主とした分離膜の開発、②この分離膜を使用した、メタン発酵によって生じるガス(CO2/CH4=40/60)に対する分離性能評価、③廃棄物中から、Caを抽出することが可能な抽出液の開発、④③で開発した抽出液に対し、実際に、廃棄物中からCaを抽出し、その液へのCO2の吹き込みによるCaCO3生成の確認、等を行った。
①-④の検討結果から、メタン発酵から生じたガス(CO2/CH4)に対し、高性能な分離が可能な膜開発、そして、分離回収したCO2に対し、廃棄物中から抽出したCaとの接触によるCaCO3の生成(CO2の固定化)を可能にした。
2023年度は、生成したCaCO3の適用についての検討を行った。CaCO3の用途は多岐にわたるが、本研究のコンセプトである、農地への適用の可能性の可否を確認することを、主な目的とした。CaCO3は酸性化した土壌のpHを中和するため、土壌のpH緩衝作用の改善に効果がある。例えば、メタン発酵後の残渣物は堆肥に利用されるが、CaCO3との均一な混合物は、土壌改良が可能な機能性を有した堆肥としての適用が、期待できる。そこで、通常使用されている堆肥とCaCO3を乾燥状態で均一に混合することが可能かどうかの、検討を行った。所定量の堆肥とCaCO3を用いて、乳鉢にて混合したところ、堆肥とCaCO3は問題なく混ざり合うことを確認した。この結果から、分離回収したCO2を、廃棄物から抽出したCaと接触させてCaCO3を生成し、これが堆肥との均一な混合が可能となる。その結果、機能性を有した特殊な堆肥の生成が期待できることが、明らかになった。以上、これまでの検討結果の組み合わせにより、循環型の新たなCO2削減プロセスの開発が可能になった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は、①メタン発酵後に生じるガス(CO2/CH4)を高性能に分離することが可能な、分離膜の開発、②廃棄物中からCaを効率的に抽出することが可能な抽出液の開発、③この抽出液を用いて、実際に、廃棄物中からCaを抽出し、CO2との接触によるCaCO3の生成、④生成したCaCO3と堆肥の均一な混合による、機能性を有した堆肥の開発、の実現を主な目的としている。2023年度までの成果において、当初の課題(①-④)全てを解消することが出来ている。その理由から、「おおむね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

本研究で課題としていた検討項目は、無事に終了した。既に、これまでの検討で得られている成果を整理し、まとめることを始めており、英文ジャーナルへの投稿を開始している。2024年度も引き続き、本研究の成果を英文ジャーナル等への積極的な投稿を行うことを考えている。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 9 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Elucidation of the kinetic stabilities of carbenoid species by integration of theoretical and experimental studies2024

    • Author(s)
      Okamoto, K.; Muta, K.; Yamada, H.; Higuma, R.; Ashikari, Y.; Nagaki, A.
    • Journal Title

      React. Chem. Eng.

      Volume: - Issue: 5 Pages: 1173-1178

    • DOI

      10.1039/d3re00648d

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Selective CO2 permeation properties of a membrane composed of a three-component polymer blend and cesium carbonate2023

    • Author(s)
      Fuminori Ito, Hidetaka Yamada
    • Journal Title

      Soft Materials

      Volume: 21:3 Issue: 3 Pages: 261-270

    • DOI

      10.1080/1539445x.2023.2226127

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 空気からのCO2回収・貯留のライフサイクルアセスメント2023

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Journal Title

      化学工学

      Volume: 87 Pages: 278-278

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Machine Learning-Boosted Design of Ionic Liquids for CO2 Absorption and Experimental Verification2023

    • Author(s)
      Kuroki Nahoko、Suzuki Yuki、Kodama Daisuke、Chowdhury Firoz Alam、Yamada Hidetaka、Mori Hirotoshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 127 Issue: 9 Pages: 2022-2027

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c07305

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] CO2/Hydrocarbon Selectivity of Trihexyl(tetradecyl)phosphonium-Based Ionic Liquids2022

    • Author(s)
      Suzuki Yuki、Kodama Daisuke、Mori Hirotoshi、Kuroki Nahoko、Chowdhury Firoz Alam、Yamada Hidetaka
    • Journal Title

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      Volume: 61 Issue: 44 Pages: 16584-16592

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.2c02281

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 二酸化炭素分離回収の技術動向2022

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Journal Title

      化学装置

      Volume: 1 Pages: 37-42

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] アミンを用いたCO2分離回収技術2021

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Journal Title

      分離技術

      Volume: 280 Pages: 78-82

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Physical properties of microspheres prepared by blending poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) and poly lactide (PLA)2021

    • Author(s)
      Fuminori Ito, Hidetaka Yamada
    • Journal Title

      Bulletin of Materials Science

      Volume: 44 Issue: 1 Pages: 20-20

    • DOI

      10.1007/s12034-020-02310-4

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Amine-based capture of CO2 for utilization and storage2020

    • Author(s)
      Yamada Hidetaka
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 53 Issue: 1 Pages: 93-102

    • DOI

      10.1038/s41428-020-00400-y

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Amine-Based Capture of CO2 for Utilization and Storage2023

    • Author(s)
      Hidetaka Yamada
    • Organizer
      70th Annual Meeting of Taiwan Institute of Chemical Engineers
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] CO2回収技術(吸収法・吸着法・膜分離法)の基礎、動向と展望2023

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Organizer
      第32回吸着シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] アミンを用いたCO2分離回収技術の基礎、動向と展望2023

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Organizer
      化学工学会分離プロセス部会講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 二酸化炭素回収・利用・貯留(CCUS)をめぐる動向と展望2023

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Organizer
      第123回バイオマス・新エネルギー利用研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 空気からのCO2回収(DAC)をめぐる最新動向、課題と展望2023

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Organizer
      化学工学会第88年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Amine-Based Capture of CO2 for Utilization and Storage2023

    • Author(s)
      H. Yamada
    • Organizer
      e-ASIA Joint Research Program International Environment Workshop
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Carbon Dioxide Absorption Effect on Electric Conductivities for Aqueous Solution of 2-Aminoethanol, 2-(Methylamino)ethanol, and 2-(Butylamino)ethanol at 313.2 K2022

    • Author(s)
      T. Hoshina, K. Fujita, M. Okada, T. Takahashi, T. Tsuji, H. Yamada
    • Organizer
      19th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of molecular gate membrane modules for pre-combustion CO2 capture2021

    • Author(s)
      Teruhiko Kai, Shuhong Duan, Fuminori Ito, Kenjiro Ishiguro, Keisuke Sugita, Shin-ichi Nakao
    • Organizer
      The First Symposium on Carbon Ultimate Utilization Technologies for the Global Environment (CUUTE-1)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CO2分離回収による炭素循環2021

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Organizer
      分離技術会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] CO2回収技術基盤を強化するアミン-CO2系の研究2021

    • Author(s)
      山田秀尚
    • Organizer
      化学工学会第52回秋季大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Physical Chemistry of Amine-Based Carbon Dioxide Separation2021

    • Author(s)
      H. Yamada
    • Organizer
      9th International Symposium on Molecular Thermodynamics and Molecular Simulation
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] メタネーションとグリーン水素の最新動向2023

    • Author(s)
      山田秀尚他
    • Total Pages
      225
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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