2019 Fiscal Year Annual Research Report
塩素循環システム創出に向けた塩ビ廃棄物からの塩素回収プロセスの開発
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17H00795
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吉岡 敏明 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30241532)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福島 康裕 東北大学, 工学研究科, 教授 (40345096)
亀田 知人 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60333895)
熊谷 将吾 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (40757598)
大野 肇 東北大学, 工学研究科, 助教 (20769749)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 塩素循環 / ポリ塩化ビニル / 脱塩素 / MFA / LCA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
塩素はありふれた元素であるが、ソーダ工業等産業界における塩素利用には莫大なエネルギーを要している。塩素の大口需要先であるポリ塩化ビニル（PVC）の廃棄には、塩素を原因とする環境リスクが常に付きまとう。そこで本研究では、PVC廃棄物から塩素を回収しソーダ工業の原料とする「塩素循環」という新たな概念を打ち出し、湿式脱塩素法と電気透析法を組み合わせた技術開発を行う。さらに、本プロセス開発初期段階からマテリアルフロー解析（MFA）およびライフサイクルアセスメント（LCA）による環境影響評価を同時並行的に進め、環境負荷低減効果を考慮した塩素回収条件の最適化を目指し、我が国における塩素循環のポテンシャルを明確化する。
平成29年度は、脱塩素技術プロセスの最適化の探索および塩素のMFAによる国内塩素フローの解明を行った。塩素に関連する素材・製品の輸出入、生産、加工、使用、塩ビ廃棄物リサイクルの各段階における原単位データを各種統計資料より抽出し、不足データの推計も行った。
平成30年度は塩素回収に及ぼす塩ビ廃棄物の性状の影響に関する知見およびMFA、LCAに供する実測データを取得し、本プロセスのボトルネックとなるホットスポット導出のための解析に着手した。また、脱塩素の効率性向上に関し理論的考察を行うため、ラボスケールからスケールアップした際のシミュレーション解析を開始した。
令和元年度は電気透析による塩（NaCl）回収およびエチレングリコール（EG）再生技術開発に力点を置いた。またMFA・LCAに供するための種々の実測データの取得を試みた。さらに、LCAにより導き出されたデータをプロセス開発にフィードバックする手法の最適化の探索を行った。さらに、関係企業へ基礎情報として提供することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
令和元年度までの計画目標であった、湿式脱塩素装置・塩素回収電気透析装置を用いて塩ビ廃棄物性状の影響を解明すること、および各種パラメータの最適解の導出へ向けたデータ蓄積が順調に進んでいる。
これらのデータをMFA・LCAに供して環境影響評価を実施し、再度プロセス開発にフィードバックすることで、環境負荷低減効果を考慮した塩素回収条件の最適化の探索が実施できている。
さらに、ここまでの研究成果を関係企業等へ基礎情報として提供することができ、実用化へ向けた最新情報の共有を行うことができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究では、ベンチスケールの湿式脱塩素処理技術開発および電気透析による塩（NaCl）回収およびエチレングリコール（EG）再生技術開発を行ってきた。またMFA・LCAに供するための種々の実測データ（温度、電流、電圧、電気炉の回転数、ボールミルに投入するステンレスボールの個数や大きさ、溶媒の量や種類等）の取得を試みた。
本年度はこれまでの研究を踏まえ、不足実測値を補足することで本プロセスのホットスポット、すなわちボトルネックの解明を精緻化し、実験結果の最適化を図るためのパラメータの条件を探索する。
一方で、これまでの研究でPVC廃棄物由来の添加物等不純物が使用済みEGに溶出することが示唆されたが、添加物の種類の多さや種類特定のための手法の確立に課題が残り、これらの不純物が塩化物イオン・ナトリウムイオン回収に与える影響の全容を解明するに至っていない。そこで本年度は引き続きこの課題に取り組み、脱塩素反応の進行や添加剤溶出メカニズムの解明に挑む。
さらに、湿式脱塩素装置や電気透析装置をスケールアップした際の最適条件を事前に設定する演繹的LCA分析の手法に関する研究を深堀りし、塩素回収システムが持つ効果のポテンシャルを温室効果ガス(GHG)排出量やエネルギー消費量等の指標を用いて明らかにする。
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