2019 Fiscal Year Research-status Report
Co-production system for electricity and hydrogen production from industrial wastes
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19K04211
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
アズイッズ ムハンマッド 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40611190)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 産業廃棄物系バイオマス / エネルギー高効率化 / エクセルギー回収 / プロセス統合 / プロセス設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、エクセルギー回収およびプロセス統合の2つの技術を同時に検討し、産業廃棄物系バイオマス（黒液、パーム椰子空果房（EFB））に特化した独創的なエネルギー変換プロセスを提案する。エクセルギー回収では、ある特定のプロセス内のエネルギーや熱を効率的に循環させ、エクセルギー損失を最小化する。
2019年度では、プロセス設計・評価およびケミカルルーピングの基礎試験に必要とする試験装置の開発を同時に行った。プロセス設計では廃棄物系バイオマス（EFB)によるアンモニア（水素貯蔵媒体）製造システムを設計し、最適化を行った。本システムは乾燥、炭素化、ケミカルルーピング、アンモニア分離、コンバインドサイクルから主に構成されている。ケミカルルーピングでは、二つの反応炉（それぞれ還元と酸化反応）を設け、炭素化されたバイオマスをアンモニアに変換する。最初に、炭素化バイオマスをアルミナと反応させて合成ガスおよび窒化アルミニウムが生成される。次に、生成した窒化アルミニウムを酸化反応炉に循環し、水蒸気との反応によってアンモニアおよびアルミナが生成される。一方、得られた合成ガスをコンバインドサイクルにて燃焼させ、発電を行う。一方、実験では、装置の開発がほぼ終了し、ケミカルルーピングの一部となる還元反応の試験を行った。
上記の研究から本年度の研究成果としては、学術論文2件（投稿中）、本章1件（投稿中）、国際学会2件（実施済み、1件招待講演）である。
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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
基本プロセス設計および最適化は当初の計画通り実施できた。また、装置の開発および基礎的な試験もおおむね予定通り行うことができた。研究の新規性を上げるために、水素製造に留まらず、水素を効率的に貯蔵できるアンモニアへの変換システムもプロセス設計に入れ込んだ。結果として、約50％の高率の高いエネルギー変換ができた。これらの成果を利用して、学術論文の執筆および国際学会の発表を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度および2021年度では当初計画通りに実施する予定である。プロセスの最適化では製造した水素をより貯蔵力の高い媒体に貯蔵させ、その可能となるシステムを設計し、最適化する。また、エネルギー利用側には、水素貯蔵媒体から水素の分解および水素利用システムの統合化を新しく追加し、より包括的な研究成果を狙う。
また、ケミカルルーピングシステムの試験では、黒液・EFBのガス化によって得られる合成ガスを模したガスを酸素キャリアと反応させ、還元された酸素キャリアと生成ガスを調べる。その後、還元された酸素キャリアをスチームと反応させ、酸化された酸素キャリアと生成ガスを調べる。本実験では三種類の酸素キャリア（Fe2O3、NiO、CaSO4）および運転温度（700 ℃～各融点以下）・圧力（0.1～2 MPa）の影響を評価する。
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