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
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20K12252
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
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| Research Institution | Research Institute of Innovative Technology for the Earth |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| 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)
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| Keywords | 分離膜 / メタン発酵 / 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 / 高分子膜 / 廃棄物 / 有効利用 / CO2削減プロセス |
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| 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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、2020年度に開発した食品ゲルを主とした分離膜に対し、メタン発酵によって生じたガス(CO2/CH4=40/60)の分離において、より高い分離性能を示す条件を見出すための検討を行った。すなわち、多様な条件による評価試験を行った(最適化)。この課題に対し、全圧、湿度、温度条件を変化させた試験を行った。
先ず、全圧を0.6MPaから0.9MPaまで変化させた検討を行った(全圧依存検討)。結果、全圧に依存して、CO2の透過速度、選択性(QCO2/QCH4)が低下した。次に、全圧を0.7MPaに固定して、湿度を50、60、70、80％RHに変化させた検討も行った。その結果、湿度に依存してCH4の透過速度(QCH4)が高まり、選択性(QCO2/QCH4)が低下した。そして、全圧を0.7MPaに固定して、温度を55、70，85、100℃に変化させた検討も行った。結果、温度に依存してQCO2が向上した。ただし、100℃の試験ではQCH4の高まりも認めら、選択性の僅かな低下を確認した。この結果から、分離膜の耐熱性を考慮した条件設定が必要であることを確認した。以上の検討から、本分離膜の0.7MPaでのCO2/CH4の分離に対し、より高い分離性能を示す条件は、温度:85℃、湿度:50%であった。
さらに、分離膜の開発とは別に、廃棄物からCaを抽出するための抽出液の検討も行った。結果、廃棄物中から効率よくCaを抽出することが可能な液を開発した。その後、廃棄物中からCaを抽出した液に、CO2を吹き込むことで炭酸カルシウム(CaCO3)が生成することを確認した。
以上の検討から、メタン発酵から生じたガス(CO2/CH4=40/60)から、開発した分離膜でCO2を分離回収し、そのCO2を固定化することを可能にした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度の大きな成果は、先ず、メタン発酵後に生じるガス(CO2/CH4=40/60)に対し、開発した膜で高性能に分離するための条件を見出したことである。また、廃棄物中からCaを効率的に抽出し、このCaとCO2を接触させてCaCO3を生成させることも可能にした、ことである。その結果、高性能に分離回収したCO2を固定化することが可能になった。これらの成果は、「メタン発酵から生じるCO2を分離回収し、そのCO2を有効活用させるプロセスを開発する」という、本研究の主目的を達成させる成果といえる。
以上の点より、本研究課題の進捗状況に対し、「おおむね順調に進展している」と回答した。
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| Strategy for Future Research Activity |
既に、3ヶ年の検討により、本研究課題の主の目的であった、メタン発酵から生じるCO2を高性能に分離し、そのCO2を固定化させるプロセスを開発できた。この技術開発を経て得られた成果を論文等に纏めて、積極的に外部発信することを予定している。
また、回収したCO2と廃棄物から抽出したCaを接触させて生成した、CaCO3の適用範囲を拡張するための検討を行うことも、予定している。
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
