再生可能エネルギーの変動吸収に資するマイクロ波メタラジーの創成

Research Project

Project/Area Number	22K18431
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
Research Institution	Ritsumeikan University
Principal Investigator	山末英嗣立命館大学, 理工学部, 教授 (90324673)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	柏倉俊介立命館大学, 理工学部, 講師 (10589956) 光斎翔貴立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 准教授 (80845826)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000) Fiscal Year 2024: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000) Fiscal Year 2023: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000) Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Keywords	鉛バッテリー / 分散型リサイクル / 再生可能エネルギー / マイクロ波 / 分散型リサイクル拠点 / 高速還元
Outline of Research at the Start	本研究の目的は，我々が発見した数十秒から数百秒オーダーで金属を生成できるマイクロ波プロセスと変動電源である再生可能エネルギーを組み合わせることで，都市鉱山を一種のエネルギー貯蔵庫として活用できるシステムを構築することである.そのために，高速生成を発現する元素や化合物の探索，マイクロ波による金属高速生成メカニズムの解明を行いマイクロ波メタラジーの学理を構築する.また，社会実装を目指し，ライフサイクル評価に基づく資源と地球温暖化回避の評価も同時に行う.
Outline of Annual Research Achievements	まず変動電力を吸収するために最も有力と思われる鉛バッテリーに含まれる酸化鉛について調査を行った．マイクロ波を照射した際の還元挙動について，熱重量測定装置をマイクロ波加熱炉に自作で組み込んだ装置を作成して分析した．その結果，マイクロ波加熱と通常の電熱加熱では同条件においても律速段階が異なることが明らかとなった．この成果はCleaner Engineering and Technology誌に投稿，掲載済みである(https://doi.org/10.1016/j.clet.2023.100619)．新たに導入した装置により，対象物質の誘電率を測定することが可能になり，次年度以降行う「高温による誘電率の測定」の準備が完了した．また，マイクロ波をリサイクルに応用した場合の1ケーススタディとして，電池のリサイクルに注目し，使用済み電池が発生した場でリサイクルを行う分散型リサイクルのエネルギー削減効果をライフサイクル分析によりおこなった．その結果，分散型にマイクロ波装置を導入する際に必要なエネルギー増加より，輸送エネルギーの削減効果の影響の方が大きいことが明らかになった.
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 初年度としては，酸化鉛およびコバルト酸リチウムからの還元挙動を明らかにするだけでなく，それを速度論的に解析できたこと，また律速段階が通常の電気炉加熱とは異なることを定量的に明らかにできた．さらに，ライフサイクル分析による社会実装評価まで行うことができ，現在論文として執筆中である．これらはいずれも２年目中旬の予定であり，当初の計画以上に進展が進んでいる.
Strategy for Future Research Activity	探索調査により，酸化鉛，コバルト酸リチウム以外にマイクロ波独自の高速還元挙動を示す系が見つかっており，そららの評価，そしてそれらを再生可能エネルギーの吸収用に用いる場合の効果について検討する.