2020 Fiscal Year Annual Research Report
Gasification of lignocellulose in low temperature plasma and its application
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18K05762
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
南 英治 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (00649204)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオマス / セルロース / ヘミセルロース / リグニン / 低温プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グロー放電による低温プラズマ処理により、木質バイオマス及びその細胞壁構成成分の単離試料の分解挙動を検討した。さらに、磨砕や再沈殿などの処理によりBET比表面積を変化させた試料を調製し、比表面積が分解速度に与える影響も確認した。その結果、BET比表面積が大きい試料ほど分解が速かったが、分解速度はBET比表面積に比例しておらず、その平方根に概ね比例することが示された。これは、固体試料の外表面及びその近傍の細孔のみが分解に寄与したことを示唆している。この前提の基、比表面積に対する分解速度は多糖（セルロースとヘミセルロース）の方がリグニン試料よりも大きいことが明らかにされた。ただし、セルロースとヘミセルロース試料の間には差はなく、クラーソンリグニンと磨砕リグニンの間にも差はなかった。一般に、結晶性のセルロースはヘミセルロースよりも分解が難しく、高度に縮合したクラーソンリグニンは磨砕リグニンよりも分解が困難である。しかし、グロー放電プラズマ処理では比表面積に対する分解速度にほとんど差はなく、他のバイオマス変換法とは異なる特異的な挙動であった。
また、TiO2木材複合材料をグロー放電処理することにより、木材の細胞壁構造をそのまま維持したTiO2材料を調製できることが示された。より一般には、有機物を鋳型とし、熱に弱い無機構造体の調製に応用できると思われる。
さらに、当初計画にはなかったが、セルロース熱分解物を気相にて誘電体バリア放電プラズマ処理することにより、容易にガス収率が増加することが示された。この誘電体バリア放電に要した電力は熱分解に投じた電力の1/100以下であり、省エネルギーの低温プラズマで熱分解反応を望みの方向に制御できる可能性があることが示された。これはバイオマスの熱分解ガス化発電への応用に期待される成果である。
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