大気圧低温プラズマ複合処理による低濃度N2O除害技術の開発

• Project/Area Number: 23K11478
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: 黒木 智之 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00326274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 晴彦 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10780900) ; 大久保 雅章 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (40223763)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 亜酸化窒素 / 温室効果ガス / 大気圧低温プラズマ / 吸着 / 濃縮 / N2O / 吸着剤 / 触媒 / 除害技術

Outline of Research at the Start

大気圧低温プラズマ複合処理を用いた温室効果ガスN2O処理技術の開発を目的とする。発電所等でCO2削減のためにアンモニアを燃料として利用する研究が進められているが、燃料由来のN原子による窒素酸化物排出量の増加が懸念されている。特にN2Oは地球温暖化係数がCO2の約300倍で、かつオゾン層破壊物質でもあるため、その対策は急務である。本研究では大気圧低温プラズマと吸着剤・触媒を併用した大気圧低温プラズマ複合処理により、排ガス中のN2Oを濃縮分離させプラズマと触媒の相乗効果による高効率N2O処理技術の開発を行う。本技術は下水処理等で発生する低濃度N2O処理にも応用が期待でき、地球温暖化抑制に貢献する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、大気圧低温プラズマと吸着剤および触媒を併用した大気圧低温プラズマ複合処理により、排ガス中の亜酸化窒素（N2O）を濃縮分離させプラズマと触媒の相乗効果による高効率N2O処理技術を開発することである。大気圧低温プラズマ単独での排ガス処理は数多く研究されているが、処理対象が低濃度の場合には処理効率が低く、処理効率を上げるためにエネルギーを投入しすぎると、窒素酸化物（NOx）や一酸化炭素（CO）、N2O、オゾンなどの有害な反応副生成物を発生するという問題があった。この問題を解決すべくプラズマ発生装置内あるいは下流にに充填した吸着剤により低濃度N2Oガスを濃縮し、その後、大気圧低温プラズマを発生させ、吸着剤表面に濃縮されたN2Oガスを効率よく分解させることを試みる。2023年度は、過去に実施したNOx、揮発性有機物（VOC）、CO2処理の研究で使用したプラズマリアクタを基に本研究で用いる大気圧低温プラズマ複合リアクタの設計および試作を行った。プラズマの発生方式としては高電圧パルス電源を用いた誘電体バリア放電を採用し、放電（プラズマ発生）領域あるいはその下流に吸着剤を充填できる構造とした。N2Oを吸着・濃縮するための吸着剤の選定を行うため、吸着剤メーカーに相談し、ゼオライト系の吸着剤の中からN2O吸着剤の候補をいくつか選定した。また、リアクタのN2O処理の基礎特性の把握を行うために吸着剤のない状態での20ppm以下の低濃度N2O分解実験を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

予定していたN2O処理に用いる大気圧低温プラズマ複合リアクタの設計および試作を行うことができ、また、N2Oを吸着・濃縮するための吸着剤を選定するにあたって、吸着剤メーカーに相談し、各処理プロセスに最適な吸着剤の選定を行うことができたため。

Strategy for Future Research Activity

予定通り、吸着剤を充填した大気圧低温プラズマ複合リアクタのN2O分解性能評価を行う。実験条件として、ガス流量、N2O濃度、ガス組成をパラメータとして一定時間吸着を行った後に、プラズマを発生させ吸着N2Oの分解を行う。分解時のガスは（i）窒素、アルゴン等の無酸素ガスとする場合、（ii）空気あるいは酸素リッチガスとする場合、の2つの条件で検討を行う。