| Project/Area Number |
22K18313
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
|
|---|
| Research Institution | Hiroshima University |
|---|
Principal Investigator |
松村 幸彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (80251370)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 修平 近畿大学, 工学部, 教授 (60379899)
張 孟莉 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (10980302)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
|
|---|
| Keywords | バイオマス / 超臨界水ガス化 / カーボンナノチューブ / 触媒 / 水熱 / カーボンナノチューブ紙 / 直接通電加熱 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
バイオマスを高温高圧水中で処理する超臨界水ガス化の昇温速度、反応温度、反応時間
による制御を、電気炉あるいは燃焼炉を用いた加熱から直接通電によるジュール発熱による加熱に転換する。単に加熱法が変わるだけでなく、従来にない昇温速度を実現でき、設備のコンパクト化が可能となる上、高効率加熱が達成される。反応器壁温を制御するため、カーボンナノチューブ紙を予熱管内に設置し、さらに触媒を担持させ、カーボンナノチューブを導電媒体としたナノスケールでの反応制御が期待できる。従来の超臨界水ガス化のパラダイムを打ち破り、直接通電加熱によるコンパクト、安価、高効率という３拍子そろった実用化につながる反応装置を構築する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度には、直接通電加熱と誘導加熱の２通りの方法を検討し、その特性を明らかにする作業を行った。直接通電加熱は、電流を反応器に直接流すことによってジュール発熱を発生させ、この熱で流水を加熱するものであり、従来の加熱炉に比べてその容積を大きく削減できると共に、加熱効率を大幅に向上することができる。実験装置としての可能性を計算し、伝熱計算を行ったが、反応器に直接電気を流す方式では必要な反応器の規模が大きくなりすぎることが確認出来たため、反応器内にジュール発熱をする抵抗線を入れ、これに通電して加熱する仕組みを考案、抵抗線の耐熱温度を考慮して装置の設計と製作を行った。しかしながら、沸騰流で観察されるドライアウトに相当する現象が確認され、十分な高温を得るに至っていない。この系についての伝熱特性が十分に既往の研究で確認されていないために、基本的な伝熱特性を実験的に確認し、最適条件につなげることを進めている。誘導加熱はステンレス反応器の周囲にコイルを設置して高周波電流を流し、誘導電流で反応器壁内に渦電流を生成させて内部の水を効率良く加熱するもので、やはり従来の加熱炉に比べて小容積かつ高効率のシステムを実現できる。こちらについては加熱特性を確認し、所定の温度圧力において必要な水量だけでは加熱中に完全な蒸発がおきてしまい目的とする水熱加熱ができないこと、昇温速度は反応器の熱容量にほぼ左右されることを確認、水を満たした状態から加熱して、膨張分を背圧弁から排出する仕組みの反応器を組み立てた。しかしながら、水の膨張に伴って有機物も排出されてしまい、十分なガス化が実現されるに至っていない。また、反応器が短いと、接続に用いる継手のナット部分で発熱が起きてしまい、十分な加熱が行われないことも確認された。より長い管部分を有する反応器を作成し、加熱特性を確認することを進めている。触媒の開発も進めた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
直接通電加熱については計算上十分に早い加熱が実現できることを確認しており、実験的に装置を組み立てる上での工夫を行うだけの状況である。また、誘導加熱についても実験的に想定した昇温速度が実現できており、原料有機物が流出しない装置状の工夫を行えば良いだけである。一方、触媒については、カーボンナノチューブにルテニウム触媒を担持することで従来にない高効率な触媒を実現できた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
直接通電加熱については、伝熱特性を確認して計算上のパラメータを変更し、これに基づいて最適な加熱条件を設計、装置を作成してコンパクトな加熱を実現する。誘導加熱については、十分に長い反応器を用いて加熱を行い、有機物が膨張する水によって流出しない形としてガス化を実現する。このガス化に用いることのできる触媒は作成できており、これを用いたガス化を達成する。
|
