2016 Fiscal Year Research-status Report
温室内外の温度差と湿度差を駆動源とするオンサイト吸着濃縮式二酸化炭素施用プロセス
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16K15012
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
児玉 昭雄 金沢大学, 機械工学系, 教授 (30274690)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 農業工学 / 吸着 / 二酸化炭素排出削減 / 再生可能エネルギー / 植物 / 園芸作物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案する二酸化炭素施用技術は，温室内外の温度差と湿度差によって生じる二酸化炭素の吸脱着現象を利用し，大気中の二酸化炭素を1000ppm程度に吸着濃縮して温室内に供給するものである．当初計画では，ゼオライト，分子ふるい炭素あるいはイオン交換樹脂担持ロータを試みる予定であったが，文献調査の結果，炭酸塩の二酸化炭素吸放出特性の利用が期待でき，先行して検討することにした．まず，小規模実験装置を用いて二酸化炭素吸着濃縮性能を調べた．
炭酸塩を担持したロータを２種類準備して，再生温度及び入口空気湿度の影響を調べたところ，再生温度120℃で二酸化炭素濃度は600ppm増加した．また，入口湿度が高いほど濃縮度が高いことから，炭酸塩の分解反応に水蒸気と二酸化炭素濃度が深く関わることが示唆された．一方で，再生温度を過度に高くしても二酸化炭素吸着（吸収）量は増加せず，また二酸化炭素吸着量が最大となる最適回転数は実験の範囲では確認できないなど，除湿操作とは異なる挙動を示した．
これらのロータの二酸化炭素と水蒸気に対する吸収能力は高く，上記濃縮度は，吸着側空気風量と再生側空気風量は１：１で得られた結果であることから，再生空気風量の低減によりさらなる二酸化炭素濃縮が期待できる．しかし，実験を進めるに従い，除去性能が低下し，次の実験条件を試みることができなくなった．炭酸塩から炭酸水素塩に戻らず，空気中の水分と水和して潮解したものと推定する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
炭酸塩の分解反応を利用した二酸化炭素濃縮ロータの初期性能は高く，順調な研究推進を期待したが，実験を繰り返すうちに炭酸塩ロータの性能低下が判明し，その解明と対策が必要になった．
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| Strategy for Future Research Activity |
１）炭酸塩ロータの二酸化炭素および水蒸気同時吸収反応挙動の解明 前述の通り，炭酸塩ロータは，初期には良好な除湿および二酸化炭素除去性能を示すが，その性能は経時的に低下する．よって，その原因の解明と対策を検討する．熱天秤を用いて，温湿度および二酸化炭素濃度スイングに対する吸収・放出レスポンスを詳細に調べる．任意の二酸化炭素濃度，水蒸気濃度，温度に設定可能な熱天秤のセル内に設置した炭酸塩ロータ小片の重量変化から炭酸塩の反応特性を得る．あわせて得られる反応速度は，反応機構の解明につながるだけでなく，数学モデルで最重要となる物質移動係数の推算根拠となるため，操作・装置変数および空気条件をそれぞれ独立して変化させて，系統的なデータ収集に努める．
２）小規模実験機による二酸化炭素吸着濃縮性能の把握 当初予定していたゼオライト，分子ふるい炭素あるいはイオン交換樹脂担持ロータの性能評価試験を進める．ロータ出口に形成される二酸化炭素濃度・空気温度・湿度分布もあわせて計測し，ゾーン分割による二酸化炭素濃縮効果の増強を検討する．
３）数学モデルの構築と数値計算による最適化・高度化検討 提案プロセスの性能予測を行うため，上記実験結果に基づいた数学モデルを構築する．この数値計算を用いて，吸着材ロータ仕様や装置・操作の最適化を図り，プロセス構成の高度化指針を示す．
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