• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2017 Fiscal Year Annual Research Report

Study of Methane Hydrate Decomposition

Research Project

Project/Area Number 17H03535
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

竹家 啓  名古屋大学, 工学研究科, 講師 (70515874)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 谷 篤史  神戸大学, 人間発達環境学研究科, 准教授 (10335333)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsメタンハイドレート / テラヘルツ分光 / 過冷却水 / 光学特性 / 準安定状態
Outline of Annual Research Achievements

水分子が作る籠状構造にガス分子を取り込むことによって形成するガスハイドレートは、その特性およびに材料および資源としての有用性から多くの方法で研究がなされている。ガスハイドレートの中でもメタンハイドレートは世界中の海底大陸棚や永久凍土下に分布しており、日本近海にもその埋蔵が確認されている。自国のエネルギー資源の少ない日本にとっては、戦略的に使用できる将来のエネルギー資源としての期待も大きい物質である。材料として用いるにはその特性は熟知しなければならないが、メタンハイドレートには分解メカニズムが未解明であるという課題が存在する。本研究はその課題において、テラヘルツ波技術を用いて解明を目指した。
<結果I>ガスハイドレートの一つであるプロパンハイドレートの光学特性を広い温度範囲にわたってモデリングを行った。テラヘルツ波分光を用いる事で材料の複素誘電率、光学特性を計測し、その光学特性のモデル化を行ったところ、氷の場合における数式モデルを利用できることがわかった。これによりガスハイドレートの光学特性を定量的に用いる事ができ、今後の解析に利用できる。
<結果II>メタンハイドレートの相変化をテラヘルツ波分光法を用いて観測した。温度を変えながら測定を行ったところ、ある特定の温度以上で試料の体積が減少することと、吸光度の上昇が観測された。これは液体の水の存在の可能性を示唆しており、これまで発見が容易でなかった相変化途中の過冷却水を見ている可能性が大きい。
<結果III>大気圧でのメタンハイドレートの相変化は氷点の下で進行するため、氷との相変化も調査する必要がある。そこで作成方法を変えた氷試料の氷点下での変化をテラヘルツ波分光で観測したところ、氷点下においても氷試料の体積が変化することが観測された。これまで詳細な報告の少ない氷の昇華を見ている可能性があり、氷に対する新しい知見が期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

非平衡温度圧力条件の下のメタンハイドレート試料をテラヘルツ波分光で観測することによって試料体積が変わることが観測されている。またその際に吸光度が上昇することも観測されている。詳細な分析が今後必要であるが、液体の水(過冷却水)の関与の可能性が大きいと思われる。この実験結果は我々が予想するものと一致しており、メタンハイドレート相変化途中において液体の水の存在を実証することで未解明現象の説明が合理的に行えるようになる。
さらにメタンハイドレート以外のガスハイドレートにおいても、その光学特性の分析を進めることができ、数式を用いたモデルで示すことができた。これまで報告例の少なかったテラヘルツ領域におけるガスハイドレートの知見を得ることを達成しており、この情報はテラヘルツ波工学を用いた応用計測にも役立つ情報となる。
また氷の昇華についてもテラヘルツ波分光で観測することができ、これまで他の分析方法では得られなかった情報が得られている。ガスハイドレートの相変化において氷の分析は非常に重要であり、本課題の推進において有益な情報が得られている。
以上より、研究計画における項目についての進捗はおおむね順調に進んでおり、さらに予想外の有益な実験結果も得られているため、上記の評価を選択している。

Strategy for Future Research Activity

メタンハイドレート分解時における水の存在らしきものが見えている。テラヘルツ波分光では光学特性の実部と虚部から解析可能であるため、誘電率や吸光度といった情報が得られる。さらなる情報を得るために試料の粒径を変化させたものの測定を行いたい。さらに測定圧力条件や帯域も広げて測定を行い、水の状態について観測を行う。
他の実験手段を用いて情報量を増やすことも計画したい、たとえばガス流量からメタンハイドレートの分解過程の観測を行い、その時に過冷却水の安定性をコントロールするような実験を行うことで、水の検証を行うことで多角的に解析を行う。
さらに氷の昇華もこれまでの観測で見えている。氷は自然を形成する非常に重要な情報であり、この氷に対する知見を新たに得ることは科学においても貢献の大きい研究であると思われる。
以上より、ガスハイドレートを含めた水素結合性結晶へと測定対象を広げることで自然科学に対する研究を推進したいと考えている。

  • Research Products

    (16 results)

All 2018 2017

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Single-Cycle Terahertz Pulse Generation from OH1 Crystal via Cherenkov Phase Matching2018

    • Author(s)
      Uchida Hirohisa、Oota Kengo、Okimura Koutarou、Kawase Kodo、Takeya Kei
    • Journal Title

      Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves

      Volume: 39 Pages: 509~513

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1007/s10762-018-0481-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Generation of single-cycle terahertz pulse using Cherenkov phase matching with 4-dimethylamino-N′-methyl-4′-stilbazolium tosylate crystal2017

    • Author(s)
      Uchida Hirohisa、Oota Kengo、Minami Tsubasa、Takeya Kei、Kawase Kodo
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Pages: 062601~062601

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7567/APEX.10.062601

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Terahertz wave generation from OH1 thin-film crystals grown by physical vapor deposition2017

    • Author(s)
      Takeya Kei、Uchida Hirohisa、Yamazaki Ryo、Oota Kengo、Kawase Kodo
    • Journal Title

      2017 42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2017.8067097

  • [Journal Article] Generation of terahertz pulses from organic nonlinear optical crystals using prism-coupled Cherenkov phase matching2017

    • Author(s)
      Oota Kengo、Uchida Hirohisa、Takeya Kei、Kawase Kodo
    • Journal Title

      OSA Technical Digest

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1364/ASSL.2017.JM5A.26

  • [Journal Article] チェレンコフ位相整合方式を利用した非線形光学結晶からのテラヘルツ波発生2017

    • Author(s)
      竹家啓、内田裕久、太田健吾、興村晃太朗、川瀬晃道
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 117 Pages: 47-50

  • [Presentation] 非線形光学結晶を用いた805nm励起による広帯域テラヘルツ発生2018

    • Author(s)
      興村晃太朗, 太田健吾, 内田裕久, 竹家啓, 川瀬晃道
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第38回年次大会
  • [Presentation] 圧縮センシングを用いたTHz-CTによる欠陥位置の検出2018

    • Author(s)
      村瀬真, 日比教智, 李科, 村手宏輔, 竹家啓, 川瀬晃道
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Nonlinear optical THz generations and applications2017

    • Author(s)
      K. Kawase, K. Murate, K. Takeya
    • Organizer
      The seventh international conference on Optical Terahertz Science and Technology (OTST 2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] An Observation of Methane Hydrate using Terahertz Time Domain Spectroscopy2017

    • Author(s)
      K. Takeya, R. Takahashi, K. Kawase
    • Organizer
      9th International Conference on Gas Hydrates
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] テラヘルツ波分光でみるガスハイドレートと氷2017

    • Author(s)
      竹家啓
    • Organizer
      第50回GH研究会
  • [Presentation] Terahertz Wave Generation From OH1 Thin-film Crystals Grown By Physical Vapor Deposition2017

    • Author(s)
      K. Takeya, H. Uchida, R. Yamazaki, K. Oota, K. Kawase
    • Organizer
      The 42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] テラヘルツ波分光による ガスハイドレート解離過程観測2017

    • Author(s)
      竹家啓、高橋亮平、松村圭亮、川瀬晃道
    • Organizer
      氷、水、クラスレートの物理化学に関する研究集会
  • [Presentation] Generation of terahertz pulses from organic nonlinear optical crystals using prism-coupled Cherenkov phase matching2017

    • Author(s)
      Kengo Oota, Hirohisa Uchida, Kei Takeya, Kodo Kawase
    • Organizer
      Advanced Solid State Lasers Conference (ASSL2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cherenkov phase matching THz wave generation from OH1 thin film crystal2017

    • Author(s)
      K. Takeya, R. Yamazaki, K. Oota, H. Uchida, K. Kawase
    • Organizer
      The 4th Microwave/THz Science and Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] プリズム結合チェレンコフ位相整合方式による有機非線形光学結晶からのテラヘルツ波発生2017

    • Author(s)
      太田健吾, 内田裕久, 竹家啓, 川瀬晃道
    • Organizer
      テラヘルツ合同シンポジウム2017「テラヘルツ科学の最先端 IV」
  • [Presentation] チェレンコフ位相整合方式を利用した非線形光学結晶からのテラヘルツ波発生2017

    • Author(s)
      竹家啓、内田裕久、太田健吾、興村晃太朗、川瀬晃道
    • Organizer
      電子情報通信学会電子デバイス研究会「ミリ波・テラヘルツ波デバイス・システム」

URL: 

Published: 2019-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi