Promotion of hydrogen generation during low temperature serpentinization
| Project/Area Number |
22K18325
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大竹 翼 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80544105)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| 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)
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| 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 / かんらん石 / 準安定相 / 触媒 |
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| 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.
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究で比較的高濃度の水素が生成することが分かっている北海道幌満産のハルツバージャイト試料から均質な粉末試料を用意するため、入手した拳大の岩石試料数十個のXRD分析、強熱減量分析を行い、蛇紋岩化の程度の低い岩石試料のみを荒砕きし、フロースルー実験のためのストック試料とした。バッチ式実験を10回程度繰り返した結果から、このストック試料から平均55 μmol/kgの水素が安定して生成することが確認できた。また、フロースルー装置については研究室の既存のものに水素捕集のための装置を取り付け、上記のストック試料を用いて実験を試みた。その結果、バッチ式実験の約８倍の水素を捕集することに成功した。溶液組成の分析や地球化学モデリングの結果からは、フロースルー系では溶液が常時供給されることにより溶液のpHが低く維持され、かんらん石の溶解が促進されているためと考えられる。このことから、当初予測した閉鎖系であるバッチ式と比較して開放系であるフロースルー式の水素生成装置のメリットを実証することができた。しかしながら、モデリングによる予測結果と比較すると実験による水素生成量は1/10程度であった。この原因として、フロースルー装置に水素が留まっているか、リークしている可能性が考えられる他に、水素生成のメカニズムに関わるかんらん石から溶解した鉄の酸化効率が適切に予測できていない可能性が考えられる。またその他の溶液組成では溶存Ca濃度がモデルと実験で乖離がみられ、Caを含む輝石の溶解や水素生成に与える影響を適切に評価できていない可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フロースルー実験のためのストック試料を準備することができた。また、実際に実験を行い、バッチ式実験よりも多くの水素を生成し、捕集することができた。さらに開放系における一次元反応輸送モデルを構築し、その生成量について検討することができた。ただし、実験結果とモデルによる予測には乖離がみられるため、実験、モデルの双方で改善が必要だと考えられる。特に実験系に関しては水素をより効率的に捕集するための改善が必要である。また、モデルについてもまだ考慮できていない鉱物相や化学反応プロセスが存在していると考えられる。これらを追求していくことが更なる水素生成の増大に繋がる可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
フロースルー実験においてより効率的に水素を捕集するために実験装置を縦置きにすることを検討する。また、モデルの正確な予測のためには、二次的な沈殿物のキャラクタリゼーションが必要である。バッチ式実験も併用することにより二次的な沈殿物を採取し、その鉱物学的特徴や鉄の化学状態とホスト相について検討する。また、これらを反映した一次元反応輸送モデルにするためパラメーターや考慮すべき鉱物相について改善を加える。また、Caを含む輝石の有無についての水素生成への影響も調べる必要がある。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
