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Organic synthesis research from carbon dioxide and water using plasma

Research Project

Project/Area Number 23K26051
Project/Area Number (Other) 23H01356 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research InstitutionEhime University

Principal Investigator

野村 信福  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20263957)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 本村 英樹  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (80332831)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Keywordsプラズマプロセス / 有機合成 / メタネーション / カーボンニュートラル / 人工光合成 / プラズマ放電 / 燃料合成 / 有機物合成 / LIF / 炭素循環プロセス / ラジカル
Outline of Research at the Start

プラズマ反応によるCO2と水からの有機合成として、燃料(アセトンやエタノール)の合成プロセスの定式化と合成条件を解明していく。また、フィッシャー・トロプッシュ法(FT法)やサバティエ反応などの既存技術との相違点を明らかにしていく。励起ラジカルの寿命は、レーザー誘起蛍光法(LIF法)を使って測定していく。CO2含有水溶系中でのラジカル寿命の測定を行うとともに、ラジカルの寿命を制御するために、窒素やアルゴンなどの凖安定分子導入による影響を調べていく。金属触媒等の導入による反応プロセスの結果とあわせて反応メカニズムを考察していく。

Outline of Annual Research Achievements

CO2回収・利用技術の開発は、カーボンニュートラル(CN)達成を解決できる重要な研究テーマである。本研究の目的は、新規なCO2リサイクル法として、CO2と水からの有機物合成をプラズマプロセスによって実現することである。まず、液中プラズマを用いたCO2とH2Oからの合成燃料プロセスについて検討した。CO2は塩基性溶液に溶けやすい性質があり,実験溶液として純水に炭酸ナトリウムを溶かした溶液を使用し、その溶液で液中プラズマを発生させた。常温・常圧環境下のCO2化合物を含む水溶液中でプラズマを発生させると、エタノールやアセトンが無触媒の1段階プロセスで合成できることを確認した。液中プラズマを用いたCO2とH2Oからの合成燃料プロセスを提案した。この反応はCO2とH2Oからの合成燃料プロセスであり、原材料の視点からは人工光合成と捉えることができる。本プロセスはメタネーションプロセス等では必須の水素製造・供給プロセスが不要である。プラズマ反応によって、CO2由来のCと水由来のHのヘテロカップリングによってエタノールが合成される。次に、反応に寄与する励起ラジカルの特性を明らかにする目的で、水面上放電によりOHラジカルを生成し,その生成・消滅過程を別途に調べた。基底状態のOHの生成において,放電周波数が高い時は準安定窒素による生成が主因となり,放電周波数が低い時は電子による生成が主因となる。最後に、ベンゼンまたはトルエンと水を反応させるプロセスを、量子化学計算により考察し、今後の反応プロセス解明の一助となることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

外国特許出願を優先し、学術論文への成果発表が遅れてしまったため。

Strategy for Future Research Activity

プラズマ反応によるCO2と水からの有機合成として、燃料(アセトンやエタノール)の合成プロセスの定式化と合成条件を解明していく。CO2含有水溶系中でのラジカル寿命の測定を行うとともに、ラジカルの寿命を制御するために、窒素やアルゴンなどの凖安定分子導入による影響を調べていく。金属触媒等の導入による反応プロセスの結果とあわせて反応メカニズムを考察していく。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2023

All Journal Article (1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] カーボンニュートラルに向けたプラズマ利用技術2023

    • Author(s)
      野村信福
    • Journal Title

      静電気学会誌

      Volume: 47 Pages: 187-192

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of liquid fuels by plasma in liquid2023

    • Author(s)
      S. Nomura, K.Baba, J. Nakajima, R. Shiba, R. Shimizu
    • Organizer
      The 33rd International Symposium on Transport Phenomena
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of generation and loss processes of OH radicals in pulsed discharge on water surface2023

    • Author(s)
      H. Motomura, S. Nomura, T. Murakami, Y. Kuga, S. Mukasa
    • Organizer
      The 33rd International Symposium on Transport Phenomena
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SYNTHESIS OF PHENOL FROM BENZENE OR TOLUENE BY PLASMA PROCESS2023

    • Author(s)
      Shinfuku Nomura, Junichi Nakajima, Takuro Kubota , Yutaro Kuga, Ryota Shiba
    • Organizer
      17th International Heat Transfer Conference
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水面上放電で発生するOHラジカルの生成・消滅過程2023

    • Author(s)
      久賀雄太郎, 野村信福, 向笠 忍, 本村英樹, 村上太一
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 油合成デバイスおよび油合成方法2023

    • Inventor(s)
      野村信福、角保陽大、芝亮太、清水稜、中島純一、逸見彰男
    • Industrial Property Rights Holder
      愛媛大学、オオノ開發株式会社、株式会社環境・エネルギー技術研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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