| Project/Area Number |
23K19175
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
安村 駿作 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10981483)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | メタン低温燃焼 / オゾン / 反応経路自動探索法 / ゼオライト / 固体触媒 / メタン燃焼触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、in situ/operando分光法と自動反応経路探索を用いた合理的低温メタン低温燃焼触媒の開発を目指す。メタンは非常に安定な分子で、強力な温室効果(全ての温室効果ガスが地球温暖化に与える影響の23%分)を持つため、欧米各国での排出量規制は年々厳しくなっている。本研究では化学反応経路自動探索(GRRM)プログラムを活用し、適切な酸化剤、活性点をDFT計算で予測し、革新的な低温メタン燃焼触媒”系”の合理的設計に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタンを主成分とする天然ガスは、その豊富な資源量と二酸化炭素当たりの熱量の高さから、石油に代わるエネルギー源として注目されている。近年、天然ガス自動車や発電用途に広く利用されているが、排ガス中に含まれる未燃メタンの放出が課題である。メタンは非常に安定な分子で、強力な温室効果(全ての温室効果ガスが地球温暖化に与える影響の23%分)を持つため、欧米各国での排出量規制は年々厳しくなっている。未燃メタン排出量の抑制のため、排ガスの下流でメタンを低温完全酸化できる触媒が必要である。有効な触媒として酸化アルミニウム担持Pd(Pd/Al2O3)が広く知られている。この触媒は、高温域(>350℃)では80%以上のメタン転化率を示すが、低温域(<250℃)ではほとんど活性を示さない。
この課題に対して本研究では反応経路探索法(GRRMプログラム）を用いて、貴金属を用いない低温メタン燃焼系の開発に取り組んだ。まず、GRRMプログラムによりメタン燃焼に最も有望な酸化剤をスクリーニングした。その結果、オゾンを酸化剤として用いた場合にメタンが効率的に活性化されることがわかった。
メタンとオゾンの反応を最も促進する活性点について計算先導でスクリーニングを行った。redox点、ラジカル、塩基点、酸点のなかで検討したところ、より強い酸点が最も有望と見積もられた。強い固体酸として知られているゼオライトを用いてメタンとオゾンの反応を実験的に検討したところ、既報よりも200℃以上の低温化に成功した。
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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
オゾンを用いることで既報の貴金属触媒を凌駕する触媒系を構築することに成功した。本実績は既に論文として発表している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はゼオライトの中に金属カチオンを導入してメタン燃焼反応のさらなる低温化を目指す。
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