新規水電気分解素子を利用した青果物輸送用エチレン分解システムの開発

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07763
• Research Institution: Fukuoka Industrial Technology Center
• Principal Investigator: 木村 太郎 福岡県工業技術センター, 化学繊維研究所, 専門研究員 (40416491)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浦川 稔寛 福岡県工業技術センター, 化学繊維研究所, 専門研究員 (70416527)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: エチレン / 電解質膜 / ヒドロキシラジカル

Outline of Annual Research Achievements

青果物の流通過程において、エチレンを除去することは鮮度保持の観点から重要な課題である。本研究では、これまで確立してきた「電解素子によるエチレン分解技術」について白金やナフィオンの使用量の低減、代替素材の転換、について検討し、低コストかつ高効率なエチレン分解システムを開発することを目的としている。
（１）電解質膜の膜厚と種類の最適化検討：　電解質膜の膜厚について検討を行った。実際に検討を行ったところ膜厚によるヒドロキシラジカル発生量に優位な差は見られなかった。しかしながら、薄い膜（50μm）では機械的強度の弱さが問題となり、電極と圧着させる際に破損、短絡が生じる場合が多く、厚めの電解質膜（180μm）が総合的に優れていると判断された。また、劇的なコスト低減が期待される、アルカリ水溶液を含侵させたフィルターについても電解質膜としての検討を行った。実際に試作・評価したところ、水の電気分解は確認されたが、ヒドロキシラジカルの発生量は検出限界以下でエチレン分解に利用することは出来なかった。
（２）塗布法の検討：　電解質膜の代替として液状ナフィオンを用いることは、均一性に問題があり、実現することが出来なかった。しかしながら、触媒である白金カーボンと電解質膜の接着に関してナフィオンの塗布（コーティング）が有効であることが見いだされた。
（３）試作した「電解素子」のエチレン分解性能評価：　コンテナ環境下を想定し、温度を0℃、5℃、10℃の3水準でエチレン分解能に及ぼす影響を検討した。新たに試作した電解素子は十分なエチレン分解能を示すことが出来なかったため、従来品での評価を行った。その結果、0℃付近ではエチレン分解能が低下することが明らかとなった。これは水の分子運動が低下することによるものと考えられる。また、湿度について検討したところ、湿度が高いほどエチレン分解能が向上することが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電解質膜の膜厚、及び種類などについて検討を行い絞り込みを行うことが出来た。また、触媒の電解質膜への複合化については液状ナフィオンを活用するなど様々な知見を得ることができ、今後につながる基盤を得ることが出来た。しかしながら新規に試作した「電解素子」では、十分なエチレン分解性能と再現性を出すことが想定以上に困難であった。おそらく、プレス時の圧力、触媒の均一分散などが当初の見込みよりも高い厳密さが要求されているものと思われる。今後は、実際に青果物を用いた実証試験を行う予定であるが、新規の「電解素子」について検討を続けることに加え、従来我々が試作した「電解素子エチレン分解システム」についても並行して評価を行っていきたい。

Strategy for Future Research Activity

先の2年間で最適化した「電解素子」を用いて実際の青果物の鮮度保持に及ぼす効果について検証を行う。始めに小スケールチャンバー内でのリンゴ/柿混載実験を行った後、コンテナサイズでの大規模実証を行う。
（１）鮮度保持実証実験：実際に青果物を用い鮮度保持実証実験を行う。エチレン放出性果実であるリンゴとエチレン感受性の高い柿を同一チャンバー内に入れて、模擬的な混載状態とする。チャンバー内のエチレン濃度、柿の成熟進行の様子を観察し、「電解素子」の効果を確認する。
（２）実スケール実証実験：　福岡県農林業総合試験場の保有する貯蔵庫を用いて実証実験を行う。実際に近い状態で柿を貯蔵し、鮮度保持効果を検証する。「電解素子」の数や配置を検討し、効率的なシステムの構築を行う。
研究者らは、29年度終了時までに電極、触媒、電解質膜の複合化を自作で試作し、各要素の比較評価を行い、その結果一定の条件絞り込みを行うことが出来た。しかしながら、均一なプレスや触媒の分散塗布が困難であり、従来我々が試作した「電解素子エチレン分解システム」のエチレン分解能を上回ることが困難であった。そこで、今後は、複合化についてさらなる検討を行うとともに、従来試作システムも評価対象として青果物を用いた実証試験を実施することとしたい。

Causes of Carryover

（理由）29年度は、研究に必要なナフィオン膜などの消耗品や試験や打合せに要した旅費について、一部を当所内の経常経費から充当することが出来たため、計画よりも研究費の節減が出来た。従って、未使用分は30年度に繰り越したい。
（使用計画）30年度は、「電解素子」システム試作に関する機材が必要になるほか、エチレンの分解実験等に関する分析を行うための装置及び消耗品などに繰り越した研究費を使用したい。