磁気共鳴画像計測と格子ボルツマン法によるCO_2水和物の膜構造と物質輸送現象の解明

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650209
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 平井 秀一郎 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 教授 (10173204)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 邦康 東京工業大学, 工学部, 助手 (50272703) ; 岡崎 健 東京工業大学, 工学部, 教授 (20124729)
• Keywords: 地球温暖化問題 / ハイドレート / MRI

Research Abstract

大気中のCO_2濃度の増加を抑制するために分離回収した液体CO_2を深海底に貯留し隔離しようとする方策は,深海底の超高圧力条件下でCO_2ハイドレートと呼ばれる固体水和物が液体CO_2と海水の界面に形成され,CO_2が海洋中に溶解することを抑制し,海洋環境に与える影響を大きく低減する効果を有していると考えられている.しかし,液体CO_2と海水の界面に存在する固体水和物を通してCO_2が海水へ溶解拡散する物質移動機構については不明で,特にこのことを固体水和物の構造との関連において明らかにすることが基礎的にも,またCO_2を安定に隔離し,貯留する制御指針を得るためにも重要であると考えられる.CO_2ハイドレートは,サッカーボール状のケージが集合することによって超微粒子群を形成しており,その超微粒子群のすき間をフリーな水分子ならびにCO_2分子が運動していることがCO_2ハイドレート内での物質移動の担い手になっていると考えられる.本研究では温度を高度に制御された恒温室内で,耐圧特殊アクリル内に耐圧ガラスを密着させたペンシル型の超高圧MRI用試料管に,液体CO_2とイオン交換した水を2つの液の間に界面が形成されるように注入した.界面でCO_2ハイドレートを成長させ,CO_2ハイドレート中の水分子を構成している水素原子核は,超伝導傾斜磁場内で水素原子核の固有回転振動数と同じ振動数をもつ電磁波の照射により共鳴励起され,これにより生じる誘導電流を検出することにより,2次元空間内における水分子濃度を画像計測を行い,CO_2ハイドレートの成長速度を明らかにした.これにより,CO_2ハイドレートの中の成長機構について考察をくわえることが可能となり,そのモデリングならびに透過係数を算出した.さらに,これを応用し,CO_2液胞を海水より重たくして深海に溶解させる手法について実験により検証した.

Research Products

• [Publications] 小川邦康,松家剛,平井秀一郎,岡崎健: "MRIによる多孔質構造と空隙内局所流動の三次元計測"日本機械学会論文集(B編). 65巻,633号. 1680-1687 (1999)
• [Publications] Hirai et al.: "MRI Measurement of Hydrate Growth and Application to Advanced CO_2 Sesuestration technology"3rd Intemational Conference of Hydrates. (掲載予定).