• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Promotion of hydrogen generation during low temperature serpentinization

Research Project

Project/Area Number 22K18325
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

大竹 翼  北海道大学, 工学研究院, 教授 (80544105)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Keywords蛇紋岩化反応 / 水素 / ハルツバージャイト / フロースルー / 開放系 / pH / 二次鉱物 / かんらん石 / 準安定相 / 触媒
Outline of Research at the Start

地球表層環境では, 低温蛇紋岩化反応により水素が温泉水ともに湧出していることが確認されているが, その反応メカニズムは分かっておらず, 工学的な応用には至っていない. 本研究課題では, 低温蛇紋岩化反応における水素生成促進メカニズムを明らかにし,室内実験において水素生成量を増大させることを研究の目的とする. そのために, バッチ式およびフロースルー式の実験を行い, 水素生成量を最大化するための条件を導き出す. さらに, 地球化学モデルを構築し, 更なる水素生成量増大に向けて理論的な予測を行う. 本研究の成果は資源探査学, 生命の起源など様々な学術分野に大きなインパクトを与えることができる.

Outline of Annual Research Achievements

これまで横置き式であった熱水フロースルー式実験装置において, カラム内での流体の経路と反応をより均質に行わせるために, 縦置き型への改良を行なった. その結果, 横置き型と比較して水素生成量が多少大きくなったが, 以前モデリングの予測結果と比較すると小さい値に留まっていた。今後, リークの原因をさらに追求する必要がある. また, フロースルー実験装置で溶液の初期pHを変化させる実験の予備実験として, バッチ式実験においてpHを変化させる実験を行なった。その結果, 初期pHを低下させると水素生成量は増加したが, 最終的なpHや溶存イオン濃度に大きな変化はみられなかった。このことは1次鉱物の溶解が水素生成の主要因であること, 溶液の化学組成は2次鉱物の沈殿によって規定されているというこれまでの考察と整合的な結果であり, フロースルー実験にて通水溶液のpHを低くすることで, 水素生成量の増大が期待される。
バッチ式実験において沈殿した二次鉱物を特定するために, 実験系の容量を大きくし, さらに初期鉱物を取り除くために実験後溶液の上澄みのみを濾過することによって低密度と思われる沈殿物の回収に成功した.回収した固形物を電子顕微鏡 (FE-SEM, TEM)で観察・分析したところ, 針状結晶の集合体で, これらはCaやNaを一部含む低結晶性Mg珪酸塩鉱物であると考えられる。この鉱物が溶液組成を規定していると考えられるが, その一方で水素生成の要因となる鉄は含まれていなかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

フロースルー実験装置の改良を行うことができたが,水素量は予想した通りには増大しなかった。いまだにリークの原因となっている箇所があると考えられるため。バッチ式実験では初期pHが水素生成量に影響することが明らかになったため, この知見をフロースルー式実験に活かすことができる。実験時に生成した二次鉱物の同定には成功したが, 水素生成の要因となっている鉄が含まれておらず, 鉄を含む鉱物相の同定には至っていない.

Strategy for Future Research Activity

改良したフロースルー実験装置リークの原因を追求する必要がある。特に水素補修の方法についてさらなる検討が必要である。その後に, 初期pHを変化させた実験を行う。実験後の固体については, これまでのところバッチ式実験での沈殿物しか分析できいないが, フロースルー式であれば, カラムの前後で生成物の量も異なるはずであり, より連続的な固体の変化が観察できる可能性があり, 今後分析を進めていく。鉄を含む沈殿相は未だ同定ができていない。反応率を上げた実験後の固体分析により, 鉄を含む沈殿相の同定を進めていく。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Comments on the Screening Results   Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Formation of magnesium silicate hydrate (M-S-H) at pH 10 and 50°C in open-flow systems2023

    • Author(s)
      Nishiki Yuto、Cama Jordi、Otake Tsubasa、Kikuchi Ryosuke、Shimbashi Misato、Sato Tsutomu
    • Journal Title

      Applied Geochemistry

      Volume: 148 Pages: 105544-105544

    • DOI

      10.1016/j.apgeochem.2022.105544

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Low-Temperature Hydrothermal Synthesis of Chromian Spinel from Fe-Cr Hydroxides Using a Flow-Through Reactor2022

    • Author(s)
      Ohtomo Yoko、Yang Jeehyun、Nishikata Miu、Kawamoto Daisuke、Kimura Yuki、Otake Tsubasa、Sato Tsutomu
    • Journal Title

      Minerals

      Volume: 12 Issue: 9 Pages: 1110-1110

    • DOI

      10.3390/min12091110

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 低温蛇紋岩化反応における水素生成促進2023

    • Author(s)
      大竹 翼, 菅原 あすか, 東野 駿太, 大友 陽子, 菊池 亮佑, 佐藤 努
    • Organizer
      JpGU 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 南薩型金鉱床珪化岩のハイパースペクトル画像とAlによる珪化度の自動判定2023

    • Author(s)
      奈須野 恵介, 佐藤 颯哉, 大竹 翼, 岡田 夏男, 川村 洋平, 菊池 亮祐, 大友 陽子, 佐藤 努
    • Organizer
      第72回資源地質学会年会講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 逐次抽出とラマン分光法を用いたNiラテライト鉱石中の低晶質Niホスト鉱物の同定2023

    • Author(s)
      大門 嵩泰, 大竹 翼, 菊池 亮佑, 佐藤 努
    • Organizer
      日本地球化学会第70回年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 低温蛇紋岩化反応における水素生成再現のための地球化学モデリング2022

    • Author(s)
      菅原あすか, 東野駿太, 大竹翼, 大友陽子, 佐藤努
    • Organizer
      日本地球化学会第69回年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 海底熱水鉱床鉱石に含まれる易溶性鉱物:Hakureiサイトとごんどうサイトの比較2022

    • Author(s)
      野並 亨祐, 大竹 翼, 相川 公政, 伊藤 真由美, 佐藤 努
    • Organizer
      第71回資源地質学会年会講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] インドネシアとミャンマーのラテライト鉱床におけるNiの化学形態の比較2022

    • Author(s)
      大門 嵩泰, 大竹 翼,実松 建造,高橋 嘉夫,佐藤 努
    • Organizer
      第71回資源地質学会年会講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi