Tailor-made production of biochar, inspired by the molecular mechanism
| Project/Area Number |
22K19206
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
河本 晴雄 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (80224864)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南 英治 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (00649204)
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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 |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | バイオ炭 / 2050年カーボンニュートラル / 木質バイオマス / 熱分解分子機構 / 土壌機能 / バイオ炭素 |
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| Outline of Research at the Start |
“バイオ炭”とは、炭素の貯留を目的に土壌に施用されるバイオマス由来の炭化物である。大気CO2の実に10％近くを森林が毎年固定していることから、廃棄される森林バイオマスの一部を安定なバイオ炭として土壌に隔離することが、大気中のCO2の削減技術として注目されている。本研究では、木材の熱分解分子機構の知見をベースに、植物の生育に必要な土壌機能を目的に応じて強化できる、テーラーメイドなバイオ炭製造技術を創出する。本技術が創生されることで、植物の生育が促進され、大気からのさらなるCO2除去が期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
“バイオ炭”とは、炭素の貯留を目的に土壌に施用されるバイオマス由来の炭化物である。大気CO2の実に10％近くを森林が毎年固定していることから、廃棄される森林バイオマスの一部を安定なバイオ炭として土壌に隔離することが、大気中のCO2の削減技術として注目されている。本研究では、木材の熱分解分子機構の知見をベースに、植物の生育に必要な土壌機能を目的に応じて強化できる、テーラーメードなバイオ炭製造技術を創出する。本技術が創生されることで、植物の生育が促進され、大気からのさらなるCO2除去が期待される。
令和4年度の研究では、CCDカメラ付きの熱重量測定装置を用いて木材を薄くスライスした突板の炭化挙動を検討することで、木材炭化における重量減少と収縮挙動との関係を明らかにした。その結果、昇温過程において熱分解による重量減少がかなり進行した時点から収縮が開始し、重量減少がほぼ完了する時点で急激な収縮が起こることが判明した。また、バイオ炭の官能基（カルボキシ基、フェノール基）を定量評価する手法としてのBoehm法の検証を進めた。
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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
本研究課題では、熱分解分子機構の知見から炭化を制御・改変することで、バイオ炭の性質（細孔分布、官能基など）をテーラーメードに制御できる新規な技術の提案を目指している。令和4年度には、バイオ炭の細孔に影響すると考えられる炭化過程における熱分解による重量減少と収縮との関係を明らかにした。また、保肥能力や植物の生育に有害な重金属の除去能力などの土壌機能に関連して、バイオ炭の官能基（カルボキシ基、フェノール基）の定量評価方法について検討した。このように本研究を遂行するための基盤情報および評価手法が整ってきていることから、“概ね順調に進展している”と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
バイオ炭の細孔に関する研究として、令和4年度の炭化時における収縮挙動の情報を基に、赤外線顕微鏡や電子顕微鏡観察などによる細胞および細胞壁レベルでの観察を進め、炭化における細胞壁中での細孔形成機構を解明する。また、テーラーメードに細孔を制御するための基盤技術の提案を目指す。一方、バイオ炭の官能基制御については、令和4年度に引き続いてその評価方法をまず確立するとともに、木材多糖（セルロースとヘミセルロース）とリグニンの炭化過程における官能基の生成機構と成分間での相互影響などを明らかにし、構成成分の熱分解分子機構の観点から考察することで制御手法について検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
