2017 Fiscal Year Annual Research Report
A New Principle of Carbon Resource Conversion for Reduction of Carbon Dioxide Emission by a Large Scale
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17H06225
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
林 潤一郎 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (60218576)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前 一廣 京都大学, 工学研究科, 教授 (70192325)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 炭素循環 / 炭素資源 / カーボンネガティブ / コプロダクション / 電力 / 化学品 / 二次炭素資源 / 非燃焼技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、６課題（①コプロダクションの基本概念提示，②要素プロセス（候補）決定，③プロセス・システムのシミュレーション（メタン，石炭，バイオマス，重質油），④コプロダクション性能提示、⑤経済環境性能評価，⑥社会的インパクト評価，⑦コプロダクション・モジュール（プロトタイプ）および研究開発課題の提示）から構成される。
平成29年度は①、②および③（シミュレーションのプラットホーム構築と検証）の課題に取り組み、コプロダクションの基本概念が原理的に正しいことを物質収支と熱収支に基づくプロセスシミュレーションによって確認し、種々の炭素資源（天然ガス、石油、石炭、褐炭およびバイオマス）、酸化剤（CO2および水蒸気）および二次炭素資源（オレフィンとその誘導化合物、メタノール、数種の有機酸、エステル）の組み合わせによるCO2固定率（発電効率、熱電比の関数）や、化学エネルギー・電力を合わせた総合効率のバラエティを定量的に示すことができた。プロセスシミュレーションに関しては、当初のシステムシミュレータ（第一バージョン）は、炭素資源の吸熱型改質・ガス化（酸化剤＝CO2あるいは水蒸気）が化学量論にしたがって100%進行するとの簡便な仮定をおいたものであったが、これを改良した第二バージョンでは、改質・ガス化温度を設定、反応が化学平衡に従うことを仮定するだけでなく、炭素の改質剤の比をより現実的な値（1～3）とし、さらに圧力に関しても同様に最大圧を0.5 MPaとするシミュレーションを実施し、第一バージョンに極めて近いシステム性能が得られることを示すことができた。さらに、第二バージョンをさらに改良し、固体酸化物形燃料電池の排ガス（残留水素と水蒸気の混合ガス）を冷却せずにそのまま改質反応器に持ち込むCO2/水蒸気複合改質の考え方を導入した場合のシステム性能を諸操作因子の関数として示すことに成功した。
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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
平成29年度は、当初の計画通り、①コプロダクションの基本概念提示，②要素プロセス（候補）決定および③プロセス・システムのシミュレーション（メタン，石炭，バイオマス，重質油）の三つの課題に取り組み、当初目標としたシステムの概念実証をすることに成功した。さらに、当初の計画を超えて、現実的は反応操作条件を想定可能となるようにシミュレータを改良し、システム性能が原理的に得られる性能上限値とほぼ変わらないことを示すことができた。このように、本研究は、平成29年度終了時点では当初の計画を超えて進行している。加えて、システムを構成する要素技術である、固体酸化物形燃料電池、合成ガス分離（膜分離）、合成ガス触媒転換プロセス、プロセスシミュレーションの専門家（8名）との議論を重ね、それぞれの具体的なコンポーネント（現時点での最適コンポーネント）と課題抽出を行うことができた。本研究をベースとする具体的プロセス開発を目的とする研究を全国9機関の研究者と共同提案（NEDOエネルギー環境先導研究）したことも記しておく。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度の成果を踏まえ、平成30年度は、タスク③をさらに展開する。すなわち、物質収支と熱収支に加え、反応系の化学平衡を考慮し、熱交換（蒸気回収を含む）プロセス、ガス分離（膜）プロセス（動力計算をむ）、合成ガス転換プロセスのエネルギー収支（加圧動力の消費と回収等）を示し、提案システムの自立性を証明する（タスク④）。さらに、当初に計画したタスク⑤およびタスク⑥に着手し、経済環境性能評価および社会的インパクト評価の手法を確立する。H29年度の成果は学術論文として発表する。
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