Low-temperature chemical conversion of carbon dioxide introduced by reaction and separation field and electric reaction field
| Project/Area Number |
22K12473
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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 64050:Sound material-cycle social systems-related
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
上宮 成之 岐阜大学, 工学部, 教授 (60221800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 学 岐阜大学, 工学部, 准教授 (60538180)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | アンモニア / 水素 / 電場反応場 / 反応分離 / パラジウム / 二酸化炭素 / カーボンリサイクル / メンブレンリアクター |
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| Outline of Research at the Start |
水素分離膜を組み込んだ膜反応器を直流電場を与えた触媒反応場に適用し、反応と同時に生成物の一つである水素を迅速に分離して逆反応や副反応を抑制することでCO2化学的転換の低温・高効率化の実現を目指す。対象とする反応システムは、①メタンドライリホーミングと②アンモニア分解反応と二酸化炭素のメタン化反応の複合化反応である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素分離のない固定層流通式反応器で、反応温度をメタンドライリホーミングと比べて低くできるアンモニア分解（2NH3→N2+3H2)において触媒反応場での微弱電流の電場効果を検討した。Ru/CeO2触媒を用い、反応温度350-450 ℃にて、電流を流さないときと3 mA流したときを比較した。その結果、反応温度400 ℃におけるアンモニア転化率は、電流を流さないときには12.7%であったのに対して、電流を流すことで21.9%まで向上した。350℃と450℃でも転化率の向上により電場の効果を確認できた。なお、メタンのドライリフォーミングでの電場効果を確認する予定であったが、未だ実施できていない。
電場効果で反応が促進されたとしても、転化率が高くなると逆反応が顕著になり、平衡近くなると電場効果がみられなくなる。そこで生成物のひとつである水素を分離膜を用いて反応場から取り除くと逆反応が抑えられ、高い転化率でも電場効果がみれると考えている。そこでメタンのドライリフォーミング用の反応場から水素を取り除くパラジウム膜を作製するとともに、使用する触媒を調製した。今後速やかに、Ru/CeO2触媒をはじめとして今後電場効果がみられた触媒を使用し、メタンのドライリフォーミングにおいて電場効果を確認する。
二重管型膜反応器にてアンモニア分解反応（2NH3 → N2 + 3H2 吸熱反応）と二酸化炭素のメタン化反応（CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O 発熱反応）の複合化反応のシミュレーションに関しては、水素分離のない反応のときは実験データを再現できることができたが、水素分離のあるときは、境界条件の設定をソフトウエアーに思ったように組み込めておらず今後修正が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験に必要な直流高圧電源装置が研究室所有のものは負荷電圧の最高値が低いため、期待した電場効果による反応促進効果はみられなかった。そこでさらに負荷電圧の高い電源装置を発注したが、半導体不足の影響で大幅に納期が遅れ年度末となってしました。そのため実験スケジュールを変更したが、成果報告で記載する予定であった実験は大幅に遅れることとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
アンモニア分解（2NH3→N2+3H2)において触媒反応場での微弱電流の電場効果を確認できた。アンモニア分解と比べて反応温度が高いメタンのドライリフォーミングにおいては、電場効果の確認を急ぎ実施する。電場＋反応分離のシナジー効果が複数の反応で確認するべく、当初の研究内容は変更せず実験に従事する人数を増加して計画からの遅れを取り戻すことにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
