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Coproduction with exergy recuperation technology using thermal storage catalysts.

Research Project

Project/Area Number 22K18993
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

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

Nomura Takahiro  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50714523)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 國貞 雄治  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00591075)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsエクセルギー再生 / コプロダクション / 触媒 / 蓄熱 / 熱制御 / マイクロカプセル / 反応
Outline of Research at the Start

本研究では、相変化物質のマイクロカプセル化技術を応用して蓄熱機能・放熱機能を持つ触媒、「蓄熱触媒」を開発する。さらに、蓄熱触媒の特徴を最大限に活用することで、通常の反応熱の熱制御からさらに高難度の技術領域である熱再生/循環(=エクセルギー再生コプロダクション)技術の実現を目指す。これらの技術の達成により、廃熱レスの化学プロセスの実現が期待できる。

Outline of Final Research Achievements

Thermal control of catalytic reactions is one of the most important factors influencing catalyst performance and lifetime. Considering that reactions occur at the nano- and micro-scale in the vicinity of the catalyst, it is necessary to evolve from conventional apparent thermal management techniques at the mm and cm scale at the reactor design level, such as multi-tube and plate type heat exchanger, to reaction thermal managements at the nano- and micro-scale. In this study, the development of a thermal energy storage catalyst with heat receiver/donor functionality, capable of high heat capacity and constant temperature heat input/output, was achieved by catalyst/catalyst support on core-shell type phase change microcapsules. Furthermore, the possibility of designing a new heat storage-type reactor capable of coproduction with exergy recuperation technology was experimentally demonstrated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

開発した蓄熱触媒の基本コンセプトは、使用する触媒や相変化マイクロカプセルの種類を適切に選択することであらゆる反応系に応用することができる。先行研究にて広い温度範囲で作動可能な相変化マイクロカプセルの製造技術の基礎を確立していることから、本研究で主ターゲットとしたCO2メタネーション(発熱反応)やアンモニア分解(吸熱反応)への適用など早期の実装もまた視野に入る。この蓄熱触媒を使ったエクセルギー再生コプロダクションは、排熱そのものを発生させない化学プロセスを実現できる。即ち、既往の排熱利用のパラダイムを「排熱レス」技術基盤のパラダイムへとシフトさせる可能性がある。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] Functional surface modification of Al-Si@Al2O3 microencapsulated phase change material2022

    • Author(s)
      Ajito Daisuke、Kurniawan Ade、Shimizu Yuto、Ishida Ryosuke、Kawaguchi Takahiro、Dong Kaixin、Sakai Hiroki、Nomura Takahiro
    • Journal Title

      Journal of Energy Storage

      Volume: 52 Pages: 104919-104919

    • DOI

      10.1016/j.est.2022.104919

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Catalytic and thermal control performance of Ni/(Al-Si) MEPCM catalyst on NH3 decomposition2024

    • Author(s)
      C. Tamzysi, Y. Shimizu, T. Nakamura, T. Nomura
    • Organizer
      日本鉄鋼協会 第187回春季講演大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 潜熱蓄熱材を用いたCO2メタネーションの熱制御2023

    • Author(s)
      三村憲吾、Ade Kurniawan、清水友斗、Melbert Jeem、小碇創司、酒井奨、橋崎克雄、能村貴宏
    • Organizer
      化学工学会第54回秋季大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 合金系相変化マイクロカプセルの開発とサーマルマネジメントへの応用2023

    • Author(s)
      能村貴宏
    • Organizer
      第 60 回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 蓄熱触媒による CO2 メタネーションの熱制御2023

    • Author(s)
      三村 憲吾, アデ クルニアワン, 清水 友斗, ジェーム メルバート, 小碇 創司, 酒井 奨, 橋崎 克雄, 能村 貴宏
    • Organizer
      第 60 回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 中高温領域の潜熱蓄熱・熱輸送・熱制御技術の新展開2022

    • Author(s)
      能村貴宏
    • Organizer
      第72回化学工学コロキウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Development of h-MEPCM Latent Heat Storage Material for High Temperature and its Application to Carnot Batteries2022

    • Author(s)
      Takahiro Nomura
    • Organizer
      International Symposium on Thermal Energy Storage Science and Engineering 2022 (TESSE 2022)~Frontiers of Thermal Storage Technology as Energy Storage Technology
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 触媒含有温度制御材料および発熱反応または吸熱反応の反応温度制御方法2023

    • Inventor(s)
      能村貴宏 アデクルニアワン 川口貴大 清水友斗 中村友一
    • Industrial Property Rights Holder
      能村貴宏 アデクルニアワン 川口貴大 清水友斗 中村友一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 反応熱利用システムおよび反応熱利用方法2023

    • Inventor(s)
      能村貴宏 アデクルニアワン 橋崎克雄 酒井奨 小碇創司
    • Industrial Property Rights Holder
      能村貴宏 アデクルニアワン 橋崎克雄 酒井奨 小碇創司
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 反応熱利用システムおよび反応熱利用方法2023

    • Inventor(s)
      能村貴宏 他4名
    • Industrial Property Rights Holder
      能村貴宏 他4名
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 触媒含有温度制御材料および発熱反応または吸熱反応の反応温度制御方法2023

    • Inventor(s)
      能村貴宏 他4名
    • Industrial Property Rights Holder
      能村貴宏 他4名
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-07-05   Modified: 2025-01-30  

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