2017 Fiscal Year Research-status Report
新規水素精製プロセスの構築を目指した耐久性に優れた水素分離膜の開発
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17K00634
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| Research Institution | Research Institute of Innovative Technology for the Earth |
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Principal Investigator |
伊藤 史典 公益財団法人地球環境産業技術研究機構, その他部局等, 研究員 (10366429)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 秀尚 公益財団法人地球環境産業技術研究機構, その他部局等, 主任研究員 (60446408)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ガス分離膜の開発 / 高圧での性能試験 / 膜内の配合比 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H29年度は、高圧領域で耐性を有する分離膜開発に着手した。吸水性が高い食品ゲルに、当初適用予定であったデンプン・アクリル酸ナトリウムグラフト重合体を配合させた。膜内の機能性 (相溶性、吸湿性、緻密性)を高めるために、適応する配合物を少量ずつ配合させた。この混合液に、ガスバリア性を有するポリビニルアルコール(PVA)を均一に配合した。以上の配合物で製作した膜に炭酸塩を塗布し、85℃, CO2/He=40/60, 全圧: 1.0 MPa以下で性能評価することで、分離膜の開発状態を確認した。
ここで、本分離膜サンプルの高圧での耐性確認も併行して実施した。最適化の前段階で製作した分離膜を用いて、85℃, 2.4 MPa, CO2分圧: 0.96 MPaの条件での性能試験を数回実施した。結果、実プロセス同様に透過ガスを混入させない環境にて、比較的良好な分離性能 (QCO2 (m3m-2s-1Pa-1): 3.0－5.5E－11, α:10-15)を示した。また、3.6 MPa (CO2分圧: 1.44 MPa)での分離性能は、QCO2 (m3m-2s-1Pa-1): 2.0－2.5E－11, α:8前後であり、この性能は50 h以上安定に維持した。以上から、本研究で開発中の分離膜は高圧、高CO2分圧に対して耐性を有していることが確認され、H29年度の目標であった「高圧に対して耐久性を有する分離膜の開発」の、目途をたてることが出来た。
今後、以下のことを目標に検討を進める予定である。①分離性能という点での、膜内の配合比の最適化を完了させる。②①が完了後に作製した膜を低湿処理して、水素を選択的に透過することが可能な分離膜を開発する。③①, ②により、完成した2種の分離膜 (二酸化炭素分離膜、水素分離膜)を用いて、多様な試験条件でのデーター取得を行う。以上の3項目の検討を予定している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高圧、高いガス分圧に対して耐性を有する分離膜開発は、膜面積が小さい平膜レベルにおいても非常に困難であり、開発までに、多大な準備期間と時間を有することが一般的であると、認識されている。しかしながら、1年という短期間で、以下の2点を達成することが出来た。
①85℃, 2.4 MPa, CO2/He=40/60, CO2分圧: 0.96 MPaの評価条件に対し、実用化プロセスにおいて、比較的高性能 (QCO2(m3m-2s-1Pa-1): 3.0－5.5E－11, α:10-15)な分離膜を開発できた。
②①に加えて、開発した分離膜は、3.6 MPaの全圧と1.44 MPaでのCO2分圧による分離性能試験条件において、50 h以上分離性能が安定であることが確認されており、高圧、高CO2分圧の環境下で、比較的耐久性を有している分離膜を開発できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
H29年度は高圧、高CO2分圧の環境下において、より効率的にCO2を選択的に透過することが可能な、分離膜の開発に成功した。今年度 (H30年度)は、以下の点に着目した検討を引き続き行う。
①分離膜作製における配合比と固形分率の最適化を行う。この検討が終了後、この分離膜を用いた水素をより選択的に透過させる分離膜を開発する。
②2種の分離膜 (二酸化炭素分離膜、水素分離膜)の開発が完了後、多様な条件での性能評価、および耐久試験等の試験データの取得を行う。
以上、2点を項目を重点的に検討する。
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| Causes of Carryover |
H29年度の本助成事業は、研究計画調書に沿って、高圧、高ガス分圧に対して耐久性を有する分離膜を開発することに集中した。当初、分離膜開発には、多大な準備期間と検討時間を要することが予測された。しかしながら、事業を開始してから比較的短期間で、分離膜開発への大凡の目途をたてることが出来た。そのため、昨年度、使用予測していた物品費を大きく下回る費用で、分離膜の開発が可能になった。
また、昨年度は関連する研究の市場・技術調査に対して、学会出席等のための出張旅費を計上していた。しかしながら、弊機構内で本助成事業以外に担当している事業の業務が、例年以上に多忙となり、出張等の期間を設ける余裕が殆ど困難であった。したがって、当初予定していた旅費を下回る結果となった。
今年度は、昨年度開発した分離膜の組成比を最適化する。組成を最適化した分離膜を基盤として、新たに水素をより選択に透過させることが可能な膜を開発する。これらの検討に関わる関わる物品費が必要となる。
また、昨年度困難であった、本事業に関連した市場・技術に関する調査のための、学会、シンポジウム、研究会等の出席等を計画している。加えて、これまでの研究成果に対し、積極的な外部発信を予定している。以上の項目に対する費用が必要となる。
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