有機系廃棄物からの水素製造および副生二酸化炭素の資源化技術に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560662
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 佐古 猛 静岡大学, 工学部・物質工学科, 教授 (20324329)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡島 いづみ 長崎菱電テクニカ(株), プラントソリューション部, 研究員
• Keywords: 超臨界水 / 超臨界二酸化炭素 / ガス化 / 水素製造 / 二酸化炭素固定化 / カーボネート合成

Research Abstract

超臨界水と超臨界二酸化炭素を用いて、排出量が多く処理困難な有機系廃棄物を、水素を主成分とするクリーン燃料とカーボネートという有用な化学品に高効率で変換する化学プロセスの研究開発を行った。
(1)超臨界水中での有機系廃棄物のガス化反応特性の解析と最適反応条件の決定
15年度は有機系廃棄物として、主に家畜排せつ物(豚ふん)、食品廃棄物(生ごみ、おから)、ペーパースラッジといったバイオマス廃棄物を取り上げて、水素およびメタン生成量に対する温度、庄力、反応時間、触媒の種類等の影響を調べ、最適ガス化条件を決定した。その結果、(1)水素生成量を増やすためには高温で低圧、メタンの場合には中温で高圧が適している、(2)最適な水素生成条件は700℃、10MPa、反応時間20分、水/廃棄物中の炭素モル比20、アルカリ触媒の使用である、(3)アルカリ触媒は大きな水素生成能を持っているが、ニッケル等の金属触媒はバイオマス中の硫黄等により被毒されて短期間に活性を失う揚合が多い、(4)有機物1グラム当りの水素生成量(25℃、0.1MPa)は1500〜2000cm^3であり、その内の60%以上は超臨界水の分解から生成した水素であることが明らかになった。
(2)超臨界二酸化炭素を原料とするカーボネート合成の反応特性と反応機構の解析
研究項目(1)の廃棄物の超臨界水ガス化により生成した二酸化炭素を、臭化リチウム触媒存在下で2-メチルオキシランと反応させてプロピレンカーボネートを合成することを検討した。その結果、最適反応条件は80℃、15MPa、反応時間30分であり、プロピレンカーボネートの選択率は90%、収率は70%だった。一方、副生成物として1-ブロモ-2-プロパノールと1,2-プロパンジオールが生成したが、収率は各々2%、6%と低かった。

Research Products

• [Publications] 佐古猛, 岡島いづみ: "家畜ふん尿の超臨界水処理技術"農林水産技術研究ジャーナル. 27・3. 41-47 (2004)
• [Publications] 佐古猛, 岡島いづみ: "超臨界水とその応用技術"水. 46・4. 23-29 (2004)
• [Publications] 佐古猛, 岡島いづみ, 下山大輔, 松永健吾, 相馬弘幸: "超臨界水による家畜排せつ物の有効利用技術の開発"Jasco Report. 7. 15-19 (2003)
• [Publications] 佐古猛: "超臨界二酸化炭素を用いる環状カーボネートの合成"ケミカル・エンジニヤリング. 48・4. 311-316 (2003)
• [Publications] T.Sako, T.Fukai, R.Sahashi: "Cycloaddition of oxirane with carbon dioxide in the supercritical homogeneous state"Proc.of 6^<th> International Symposium on Supercritical Fluids. 2. 1111-1116 (2003)
• [Publications] 佐古猛: "家畜排せつ物の処理・リサイクルとエネルギー利用"エヌ・ティー・エス. 291 (2003)