| Project/Area Number |
21K14456
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
Fukuda Takashi 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50734969)
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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 |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 構造体触媒 / ３D積層造形 / 輸送現象 / 粉末積層造形法 / 機械学習 |
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| Outline of Research at the Start |
固体触媒反応の高効率化に向けた3D造形構造体触媒に関する研究を行う。具体的には、3D造形構造体の解析的な設計法の構築と新規構造体の提案に取り組む。構造の自由度が増すことで従来製作できなかった複雑構造が可能になるが故に、構造の最適化に膨大な時間を要することが予想される。そこで、構造体触媒の設計法に機械学習を応用し、反応ごとに最適な構造体触媒を迅速に提案・開発できる設計システムの構築にチャレンジする。研究期間当初は気相反応系を対象とし順次、液相反応系、気液二相反応系へと対象を広げていく。
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| Outline of Final Research Achievements |
The research aimed to optimize catalytic performance using 3D-printed structures. In 2021, Ni/alpha-Al2O3 catalysts were developed and evaluated via Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, revealing novel lattice structures surpassing traditional designs. Challenges emerged in 2022, with metal distribution issues affecting performance under higher flow rates, prompting refinement of fabrication techniques. Liquid-phase studies in 2023 underscored the importance of precise structural control for effective performance across diverse reaction conditions. These findings emphasize ongoing efforts to enhance catalytic efficiency through advanced manufacturing approaches, targeting improvements in both design and fabrication processes.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究成果により、3Dプリント技術を活用することで、従来法では製作不可能であった複雑形状の触媒構造を作製し、従来的な構造体の一つであるハニカム構造を上回る性能を実現した。化学品の製造、排気ガス浄化、ガスセンサなど多様なプロセスにおいて重要な役割を果たす固体触媒の高効率化につながり、触媒金属用レアメタルの使用量の削減につながる。
液相反応系へ適用するためには、より微細な孔構造を可能とする3D造形技術が重要であることが示唆された。本研究で明らかになった課題を解決することで、より広範な持続可能な化学プロセスの実現と産業競争力強化への貢献が期待される。
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