2019 Fiscal Year Annual Research Report
A study on the decomposition of ethylene generated during transportation of agricultural products
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18H02305
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
白石 文秀 九州大学, 農学研究院, 教授 (90171040)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | エチレン分解 / 農産物輸送 / 光触媒反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1） 反応器構造の決定：UV光源を中心に置き、これを囲むように直管を環状に並べた光触媒反応器（反応器1）と、中心にUV光源を設置した蛇管を3個並列に並べ、これらの外部にも3個の光源を並べた光触媒反応器（反応器2）を作製した。これらの反応器の構造は、光触媒によるエチレン分解が、酸化チタンに吸着した水分により阻害されるという知見に基づき、光源の熱で反応場の温度を高くし、水分脱着を促そうとしたものである。実験の結果、反応器1では熱がこもりにくく、管内温度が高くなりにくいことがわかった。反応器2では容器内温度が高くなり分解速度が大きくなった。よって、本反応器の使用を決定したが、一方で、空気の流通抵抗が大きいため処理空気量が制約されることを見いだした。
2） 農産物処理実験：作製した光触媒反応器により農産物が放出したエチレンを分解し、その濃度変化、農産物性状への影響を調べた。その結果、エチレンは極低濃度（エチレン放出量が少ない場合、20ppb以下）まで低下し、光触媒分解技術の有効性を再確認した。空気処理効果は、低エチレン生産性で高エチレン感受性の柿とキュウリにおいて顕著に表れた。また、高エチレン生産性のリンゴでも処理を行えば常温でも品質を維持できることができた。これらは本手法を適用する際の有用な知見である。
３） 数式モデルによる解析：微分方程式モデルを作り、光触媒反応器によるエチレン分解シミュレーションを行った。その結果、空気処理は農産物をコンテナーに積載する前、または積載と同時に開始するのがよいことがわかった。また、無次元化式の導入により実測値がなくてもシステムの特徴を明らかにする方法を確立した。
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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
1） 反応器構造の決定：計画していた上述の反応器1、2に加え、新たにUV光源を中心に置き、これをガラス管で2重に囲む反応管を平行に並べた2重管型構造の光触媒反応器（反応器3）を作製した。これは、性能が高かった反応器2において、空気の流通抵抗が大きく空気処理量が制約されたことによる。反応器3では、光源が置かれた内管の空気は静止しているため熱の確保が可能であるとともに、処理される空気は直管の環状路を通過するため流通抵抗が小さく大量の空気処理が可能である。また、蛇管よりも製造コストが安いというメリットがある。したがって、少量の空気処理には反応器2を、大量の空気処理には反応器3を使用することに決定した。
2） 農産物処理実験：前述の農産物の鮮度保持実験に加え、エチレン生産性が高いリンゴにおいて温度を常温から4℃まで下げてエチレン放出速度を調べ、その値が38％まで低下することを見出した。一方、エチレン生産性、エチレン感受性がともに高いアテモヤについて新たに調べたところ、収穫直後から処理を開始しても成熟を止めることができなかった。よって、このような果物ではエチレン分解処理は不可能であり、低温での保存が必須であることがわかった。このように、農産物のエチレン生産性、エチレン感受性の違いに応じて輸送時の保管方法を定めることが重要であることがわかった。
３） 数式モデルによる解析：実測データから数式モデル（微分方程式モデル）を構築した。処理空気量、気温が異なる場合でも反応器性能の予測ができるように、汎用性の高いモデルとした。また、ミュレーションにより光触媒反応器のエチレン分解能を明らかにした。特に、無次元化式に基づく新たな解析法の確立は重要である。
以上、昨年度掲げた目標をすべて達成するとともに、最終年度の実用化実験の方針が定まったことから、期待以上の成果を挙げることができたと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
1）光触媒反応器の再改良と実験室での性能評価： 2019年度に3タイプの光触媒反応器を製作し、そのエチレン分解性能を調べた結果、小規模システムでは蛇管型、コンテナーなどの大規模システムでは二重管型が有用であることを見出した。これらはUVランプが放出する熱でガラス管表面に固定化した光触媒を加熱し、触媒表面に吸着した水分を脱着させ、エチレン分解速度を高めるものである。本年度は、コンテナーでの実証実験を行うに当たり、特に二重管型反応器をより完成されたものに改良するとともに、そのエチレン分解性能を明らかにする。
2）コンテナーを用いた農産物鮮度保持実験（実証試験）： コンテナーまたはこの体積に近い模擬空間において農産物積載環境を作り、1）で完成した光触媒反応器を適用してエチレン分解実証実験を行う。本実験では、福岡県農林業総合試験場に協力を仰ぎ、本試験場が所有するコンテナーを拝借してシミュレーション実験を行うことを計画している。
3）数式モデルによる構築処理システムの性能評価： 2019年度に微分方程式モデルを作り、光触媒反応器によるエチレン分解シミュレーションを行った。その結果、農産物をコンテナーに積載する前、または同時に反応器のスイッチを入れ、空気処理を開始するのがよいことを示した。これは、先の実験において、エチレン感受性の高い柿、キュウリのような農産物が、ppbレベルの低濃度エチレンによっても影響を受け、熟し始めることがわかったからである。また、無次元化式の導入により実測値がなくてもシステムの特徴を明らかにすることを見出した。本年度は、これら微分方程式を改良し、コンテナーレベルの大量の空気に含まれるエチレンの分解処理が可能な装置設計技術を確立する。そして、3年にわたり検討した光触媒によるエチレン分解技術の完成を図る。
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Research Products
(6 results)
