2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Methane Hydrate Decomposition
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17H03535
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
竹家 啓 分子科学研究所, 社会連携研究部門, 特任研究員 (70515874)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | メタンハイドレート / ガスハイドレート / テラヘルツ時間領域分光法 / 光学定数 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高圧、低温の状態に置かれた水とガス分子は氷と異なる籠状の結晶構造を作成する。これがガスハイドレートであり、内包されるガスの種類は多岐にわたる。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。天然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。これまでに様々な分析手法を用いて研究が進められてきたが、未だ解明されていない。そこで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ている。
＜結果I＞これまでの結果から、メタンハイドレートを非平衡状態においてテラヘルツ波分光で観測すると、パラメータが変化することが観測されている。テラヘルツ波時間領域分光法では複素の光学定数を算出することができ、そのどちらにおいても変化が見られた。これはメタンハイドレートの分解において通常の相変化とは異なる興味深い現象が進行していることを示している。これらの結果を精査することにより、氷点下においても準液体の状態が存在することが示唆された。これはメタンハイドレート相変化の解明につながる大きな一歩である。
＜結果II＞これまでの測定は大気圧での温度変化を行って観測してきた。水分子の作る固体結晶は特徴的な圧力依存性を示すことが分かっており、圧力も一つのパラメータとして変更することで、さらに多くの情報を得られる。そこで、テラヘルツ波分光で使用できる圧力セルを作成して光学定数の圧力依存性を計測する環境を作成している。
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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
本研究の目的は、テラヘルツ波分光を用いてメタンハイドレートの分解挙動を解明すると同時に、ガスハイドレート分析手段としてのテラヘルツ波時間領域分光法を確立することにある。
メタンハイドレート分解メカニズムにおいては、準液体状態の水が存在する可能性が示唆され、この水の存在を考慮することでこれまで観測されている異常安定性などが説明できる。したがって、当初の目的のメタンハイドレート分解メカニズムの解明に近づいている。
また、一方で、当初の目的でもあった、圧力依存性の測定を実現しようとしている。ガスハイドレートや氷にとっては圧力は重要なパラメータでありながら、これまではその変化が困難であった。テラヘルツ波分光で使用可能な光学セルを導入することで、こちらの方においても、その当初目標に近づいている。
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| Strategy for Future Research Activity |
メタンハイドレート分解メカニズムについては、おおよそ当初の目的を達成できている。論文等での情報公開を今後進めていく予定である。
本研究課題の目的の一つにガスハイドレート分析手段の確立を挙げており、圧力依存性測定可能なシステムの構築も進めている。サファイア窓を備えた分光用高圧セルの導入を進めており、次年度以降の結果では実際に測定できるように進める予定である。
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