2019 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロスケール反応熱循環機構を持つエクセルギー再生型酸素製造デバイスの開発
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19H02653
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
能村 貴宏 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50714523)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國貞 雄治 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00591075)
秋山 友宏 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50175808) [Withdrawn]
坂口 紀史 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70344489)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | エクセルギー / 酸素 / 蓄熱 / マイクロカプセル / ブラウンミラーライト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空気から純酸素利用への転換が産業の省エネ・CO2排出削減（及び分離）に必須である。しかし、深冷分離法による酸素製造はエネルギー過剰消費プロセス（理論値の約6～8倍）であり新たな技術が求められている。そこで本研究では、深冷分離法に替わる省エネルギー酸素製造プロセスとして、マイクロスケール反応熱循環機構を持つエクセルギー再生型酸素製造デバイスの開発を目指す。具体的には、酸素吸蔵材料と潜熱蓄熱マイクロカプセルがマイクロスケールで近接したデバイスを用いた圧力スウィング方式（Pressure Swing Adsorption: PSA）の空気分離プロセスを新たに開発することを目的とした。
本年度は1)新規酸素吸蔵材料の探求と性能向上と、2)反応熱循環型酸素製造デバイスの開発と伝熱・反応特性調査を実施した。
1)新規酸素吸蔵材料の探求と性能向上 先行研究にて合成に成功しているCa2AlMnO5を起点として、各カチオンサイトを置換した際に酸素吸放出特性が向上する機能元素を第一原理計算より予測し、これらを微量ドープした新規酸素吸蔵材を液相燃焼合成によりした。その結果、Srドープにより吸脱蔵のヒステリシスを低減可能かつ、Feドープにより平衡反応温度を100℃近く低温化可能であることを見出した。
2)反応熱循環型酸素製造デバイスの開発 プロセス実験装置の規模を考慮してペレット状のデバイスを検討し、その作製プロセスに一定の目途をたてることができた。
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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
材料開発において、ヒステリシスひすの低減および吸脱蔵温度の低下のいずれも達成することができたため。一方、現状では組成の調整による個別の性能達成にとどまっており、次年度は共ドープなどを検討し、最適な組成を見出す予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
共ドープによる新規材料合成を試み、その基礎特性を取得する。取得した情報は、第一原理計算の計算条件に反映し、その効果を包括的に検討することで、最適な材料設計を達成する予定である。
PSAのプロセス試験装置を設計、製作し、実プロセスに必要な特性（必要最小限～理想的な特性まで）を抽出する。ここでは、温度制御効果にも注目して実験をする予定である。
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