2020 Fiscal Year Research-status Report

Clean energy circulation system using atmospheric pressure plasma

Research Project

Project/Area Number	19K14958
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	全俊豪東京工業大学, 工学院, 助教 (90781310)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	エネルギーキャリア / 大気圧プラズマ / 窒化 / 水素利用 / クリーンエネルギー
Outline of Annual Research Achievements	近年，低炭素社会の実現に向けて発電量が不安定な再生可能エネルギーを化学エネルギー（水素など）の形で貯蔵・輸送する技術の重要性が叫ばれている。しかし，水素は直接貯蔵しにくいため，有機ハイドライトやアンモニアといった水素キャリアを用いる方法が有望視されている。有機ハイドライトは安全な水素キャリアであるが，質量水素密度は6 mass%程度である上，脱水素に約10%程度のエネルギーが必要であるためエネルギー変換効率が低いという問題点がある。一方アンモニアは，17.8 mass%の質量水素密度を有しており，大量生産技術が確立され，燃料という形で直接利用できるエネルギーキャリアとして現在有望視されている。しかし，アンモニアを再生可能エネルギーで生成した少量の水素 (10トン以下/日)から合成すると生成コストが高いことから，現在のアンモニア合成手法はメタンを水素源としており，CO2フリー化が重要な課題である。また，アンモニア自体が爆発物と劇物に指定されているので，取り扱う際に安全面を配慮する必要といった問題も存在する。そこで，本研究では窒化マグネシウムを新しい安全なアンモニアキャリアとして提案し、アンモニア合成でのCO2フリー化と安全性の問題の解決を目指した新たなクリーンエネルギー循環システムを提案します。これまでの研究成果で窒素水素混合ガス雰囲気下の大気圧プラズマ合成手法を用いてCO2フリーの窒化マグネシウムを合成することは可能であること突き止めた。本研究で提案する大気圧プラズマ合成手法は，加熱などの準備が必要なく，小規模で消費電力を自在に変更できることから余剰電力の有効活用に合致した合成手法である。さらに，多段合成実験を実施し，水素原子による酸化マグネシウムの還元効果を突き止めた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 昨年度の研究到達目標は有効活用種の特定・窒化処理手法の原理解明である。現在の研究進捗状況としては多段合成実験を用いた窒化処理手法の原理解明を行い，水素原子による酸化マグネシウムの還元効果を確認できた。また，水素窒素混合ガス雰囲気下のでの合成実験で最高の窒化マグネシウムの合成量を達成した。
Strategy for Future Research Activity	今年度は流動層プラズマを用いた窒化マグネシウム合成実験を行い，各種処理条件の最適化，生成効率の向上を目指す。最終的には生成コストを試算し，実用化の可能性を検証していく。
Causes of Carryover	新型コロナウイルスの影響で学会はすべてオンライン開催となり，旅費の支出がなかったため。次年度使用額は主に実験系の消耗品に使用したいと考えている。