2019 Fiscal Year Annual Research Report
Engineering application of hydrogen generation in natural environments
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17K19081
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大竹 翼 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80544105)
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2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 蛇紋岩化 / 水素 / 超苦鉄質岩 / 準安定相 / M-S-H / 地球化学モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の実験結果より、低温蛇紋岩化反応では準安定な二次鉱物であるM-S-Hが生成し、pHを比較的低く緩衝することが一次鉱物の溶解と水素生成を促進していると考えられた。今年度はM-S-Hの生成を確認するため、固相を多く回収できるように実験系の容量を大きくして再度北海道幌満産のハルツバージャイトを用いて水素生成実験を行なった。実験後の固体試料のうち遠心分離によって細粒分画のみを抽出し、走査型電子顕微鏡を用いて分析したところ、先行研究で報告されている針状のM-S-Hと思われる鉱物が観察された。さらに透過型電子顕微鏡を用いてその微細構造を観察した。これらの鉱物の電子線回折像は低結晶質であることを示すハローリングであり、そのパターンと化学組成からM-S-Hであることが明らかになった。
さらにこれまでの実験結果を再現する地球化学反応モデルの構築を試みた。カンラン石と輝石の溶解については先行研究で得られている反応速度定数を用いて速度論的に扱い、それ以外の鉱物については平衡状態になるようにモデル化した。近年得られたM-S-Hの熱力学データを用いたところ閉鎖系実験における溶存成分の化学組成や水素生成量を定量的に再現することができた。さらにこれらのパラメータを用いて一次元地球化学反応輸送モデルを構築し、フロースルー型のような高固液比の開放系における低温蛇紋岩化反応の予測を行なった。その結果、バッチ試験と同様にダナイトよりもハルツバージャイトがより高い水素生成量を示し、実験系をフロースルー型にすることによって水素生成量を100倍程度増加する可能性を示した。この結果は、今後の水素生成量の更なる増大を目指した実験系の設計に貢献すると考えられる。
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