都市廃棄物発電の高効率化を図るダイレクト廃棄物燃料電池の開発
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21H03661
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64050:Sound material-cycle social systems-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
日比野 高士 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10238321)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
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| Keywords | バイオマス / 燃料電池 / 発電 / 電極触媒 / 都市ゴミ / エネルギー回収 / 再資源化 / エネルギー / 触媒 / 脱炭素 |
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| Outline of Research at the Start |
都市固形廃棄物（MSW）は現在、再使用・リサイクル、生物学的処理、熱処理および埋立によって管理されている。本研究では、MSWを燃料に使用した高効率なwaste-to-energy発電を目指して、新たにダイレクトMSW燃料電池を提案する。原理的には、MSWが電解質からの酸化物イオンによって酸化と改質反応を繰り返し、持続的且つ効率的に発電が継続され、燃料が処理される。これを実現するためには、固体燃料に対して触媒活性、電極構造、イオン伝導が協奏的に作用する必要がある。このような技術が確立すれば、従来法よりも高い発電効率が実現され、廃棄物、エネルギーさらには温暖化問題の解決に貢献し、持続可能な循環型社会の実現に寄与できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，特別な手順を用いることなく，MSWを電気に変換する技術開発を行った．この実現のため，SOFCを以下の設計ガイドラインの下で最適化した．第一に，全固体電池構造は液漏れリスクを低減するのに好ましい．第二に，SOFCは無機成分を除く全てのMSW有機成分に対応する必要がある：MSWの主要成分は食品廃棄物(49%)，紙(6%)，プラスチック(12%)，木材(8%)，繊維(8%)，その他(17%)と報告されている．第三に，MSW燃料はバッチモードだけでなく，廃棄物処理の速度を稼げる連続モードでも供給可能にすべきである．第四に，ダイオキシンやその類似化合物の発生を抑えるために，SOFCを800°C以上で動作させる必要がある．
主な結果として，セルロース，リグニン，ポリウレタン，PET，およびタンパク質がダイレクトMSW SOFCのモデル燃料として試験された．これらの燃料は，Fe2O3触媒と混合され，バッチ法でアノードに供給されるか，もしくはアノードに充填したFe2O3触媒に自由落下法で滴下された．Fe2O3は，放電中にFe2 + / Fe3 +イオンの酸化還元反応を受けることによって疑似燃料として機能した．電池性能は，使用する燃料の量と種類に依存した．エネルギー密度は，利用可能な燃料量とともに増加した．試験された燃料の中で，PETは，OCVと分極抵抗のバランスが良好なため，0.57 W cm-2という最高の電力密度を提供した．リグニンは，アルカリおよびアルカリ土類金属不純物の含有量が高いため，0.83 Wh g-1という最高のエネルギー密度を示した．いずれの場合も，放電残留物は，主に燃料に含まれる無機成分であった．これらの結果は，本燃料電池が高効率で廃棄物処理と発電に貢献できることを示している．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
