Systematization of direct-biogas fuel cell technology for creating a new trend of material and energy circulations
| Project/Area Number |
20KK0248
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
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| Research Institution | Kogakuin University (2022-2023)
Kyushu University (2020-2021) |
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Principal Investigator |
白鳥 祐介 工学院大学, 先進工学部, 教授 (00420597)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤崎 貴也 島根大学, 学術研究院機能強化推進学系, 助教 (30846564)
立川 雄也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70587857)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 固体酸化物形燃料電池 / バイオマス廃棄物 / バイオガス / 資源循環 / メコンデルタ |
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| Outline of Research at the Start |
燃料から直接電気エネルギーを取り出す燃料電池は、エンジン発電機の倍以上の高い発電効率を有するにも関わらず、途上国での導入事例はほぼ皆無である。我々は、燃料電池の地球規模の普及に向け、水素インフラを必要としないバイオマス廃棄物を資源としたサイクルを提案し、その核となるバイオガスの直接供給で作動する革新的燃料電池技術体系の確立に向けた国際共同研究を、ベトナム国家大学ホーチミン市校（VNUHCM）・ナノテク研究所（INT）と実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体酸化物形燃料電池（SOFC）は、バイオガスを極めて高い効率で電力に変換できる発電デバイスであるが、バイオガス中に含まれる微量の硫化水素（H2S）により改質触媒や燃料極が被毒されて発電効率が大きく低下することが報告されている。そこで本研究では、脱硫剤として利用できるバイオチャーの開発に取り組んだ。2022年度は、密度汎関数理論（DFT）を用いて、グラフェン中に窒素原子が置換したpyridinic-Nとoxidized-Nと呼ばれるサイトを有するシートに対してH2S吸着時の解離反応の活性化障壁を評価し、pyridinic-NがH2Sを選択的に酸化除去することを明らかにした。2023年度は、DFTにより、Ni担持CeO2上でのメタン乖離の反応機構を解析し、活性化エネルギーを評価したところ、メタンドライリフォーミング（DRM）試験により実験的に得た活性化エネルギー（0.69 eV）と同等の値（0.80 eV）が得られ、Niナノ粒子を正に帯電させることが活性化エネルギーを下げる戦略として有望であることを示した。
ペーパー触媒（PSC）のDRM反応に対する活性向上を目指し、CeO2にZrO2を固溶させて酸素吸蔵放出能（OSC）を高めた花びら形状Ce0.5Zr0.5O2を無機繊維ネットワーク内に分散させたNi担持PSCを開発した。当PSCは、DRM反応に対して高い改質活性および炭素析出耐性を示し、これをSOFCの燃料極上に配置することで、模擬バイオガス直接供給時のSOFCの出力向上と安定作動に成功し、当成果をまとめた学術論文が国際学会誌Fuel Cells誌に掲載された。
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Report
(4 results)
Research Products
(16 results)
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[Presentation] Activities for realizing next-generation shrimp farming with biogas-fueled SOFC and IOT2023
Author(s)
Y. Shiratori, T.H. Phuc, T.C.D. Doan, A. Kurihara, T. Yamakawa, L.Q. Viet, T.S. Nam, K. Shibagaki, M. Sakurai, R. Nakayama, T. Sugawara
Organizer
8th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA2023)
Related Report
Int'l Joint Research / Invited
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