2016 Fiscal Year Annual Research Report
海水濃度差発電用新規高効率・高安定性エネルギー変換システムの開発
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16H01796
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
比嘉 充 山口大学, 創成科学研究科, 教授 (30241251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 英俊 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (40345393)
通阪 栄一 山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (40363543)
鈴木 祐麻 山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (00577489)
遠藤 宣隆 山口大学, 創成科学研究科, 講師 (40314819)
安川 政宏 山口大学, 創成科学研究科, 助教 (20647309)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー / 濃度差 / イオン交換膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度はチオール基末端を有するポリビニルアルコール（PVA)にカチオン性モノマーとアニオン性モノマーを共重合することでPVAベースのブロック共重合体カチオンとブロック共重合体アニオンを合成した。そしてこれらの共重合体を用いて低電気抵抗、かつ高対イオン選択性を有するPVA系陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を作製した。また電解紡糸装置を用いてPVA溶液からナノファイバー(NF)シートを作製し、このシート上にPVA系カチオンとPVA系アニオンの水溶液をキャストすることで、NF包埋イオン交換膜を作製した。この膜の基礎特性（膜抵抗、対イオン輸率、機械的強度）を測定した結果、この膜は高い機械的強度と高いイオン輸送特性を示した。
さらに市販の電気透析装置を改良して逆電気透析装置（200対の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜：総膜面積40m2）を作製した。この装置の発電特性を模擬海水（0.5M NaCl)と模擬河川水（0.02M NaCl)を用いて評価した結果、グロス出力17.7W（グロス出力密度0.44 W/m2)が得られた。またこのときの装置内での圧損と供給流量からポンプ効率を85%として計算した送水エネルギーを差し引いた正味出力は16.7W(正味出力密度0.42 W/m2）が得られた。
海水淡水化施設から排出される高濃度塩水（伝導度、約90mS/cm)と下水処理場から排出される下水処理水（伝導度、約1mS/cm)を逆電気透析装置に供給してその発電特性を調べた結果、グロス出力21.9W（グロス出力密度0.55 W/m2)が得られた。また正味出力は17.3W(正味出力密度0.43 W/m2）が得られた。
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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
PVAベースのブロック共重合体とPVAナノファイバー(NF)シートから作製したイオン交換膜は高い機械的強度と高いイオン輸送特性を示したこと、及び、市販の電気透析装置を改良して逆電気透析装置を模擬海水で運転した結果、正味出力は16.7W(正味出力密度0.42 W/m2）が得られたことから。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の研究成果に基づいて、これらのPVA系イオン交換膜の膜表面に膜マトリクスと反対荷電のポリマーをコーティングした１価イオン選択性陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を作製し、その基礎特性（膜電位、膜抵抗、イオン交換容量）を測定する。
そして作製した１価イオン選択性陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を用いてSGE変換ユニットを作製し、このSGE変換ユニットに原水（実海水と下水処理水）を供給して、これらの原水中に含まれる２価イオンがSGE変換効率に与える影響、及び原水中に含まれる膜汚染物質がSGE変換効率の長期安定性に与える影響を評価する。
海水と下水処理水を用いて逆電気透析装置の発電特性を評価する。
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