2020 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of International Research Center for Liquid Hydrogen Marine Transportation
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19KK0117
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
武田 実 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (50206992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前川 一真 神戸大学, 海事科学研究科, 助教 (20760664)
松本 明善 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (50354303)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2022-03-31
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| Keywords | 液体水素 / 国際水素サプライチェーン / 液体水素運搬船 / 神戸大学・ドレスデン工科大学国際共同研究 / 若手研究者育成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、将来の大量水素消費社会を想定して、高密度・高純度・極低温の液体水素（沸点20 K）を重要なエネルギーキャリアーと捉えて、ドレスデン工科大学との国際共同研究を推進し、液体水素運搬船を基軸とした国際水素サプライチェーンを構築するための基盤技術開発を目指す。この研究は、水素低温工学とマリンエンジニアリングを融合して、全く新しい「水素マリンエンジニアリング」を創出するとともに、「液体水素国際海上輸送研究拠点」の構築に大きく貢献するものである。
本研究では、これまでに培われた液体水素を対象とした、水素輸送貯蔵技術に関する研究成果および国際共同研究のネットワークを基にして、国際共同研究強化を目指すとともに、若手研究者の育成を実施している。本研究の目的は、【A】液体水素の海上製造技術に関する研究において、オルト・パラ水素変換に伴う発熱を低減して水素液化効率を高めるために、新しいオルト・パラ水素変換触媒を開発することである。また、【B】液体水素の海上輸送貯蔵技術に関する研究において、実船等を利用して舶用大型タンク内部の液体水素のスロッシング／ボイルオフ現象を解明し、これを制御する手法を開発することである。
2020年度において、コロナ危機の影響によりドレスデン工科大学への渡航・滞在予定が延期になったため、武田・前川は購入したGM冷凍機の性能データに基づいて、新型水素用液化機の熱計算および触媒・熱交換器の設計検討を行った。続いて、小型液体水素容器を用いて、減圧試験および横振動試験を行い、液体水素の熱流動特性を明らかにした。また、武田・前川・松本は、液体水素運搬船用MgB2液面計を研究開発するために、IMD法によるCuNiシースMgB2線材の製造条件について議論した。
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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
本研究は、【A】液体水素の海上製造技術に関する研究、【B】液体水素の海上輸送貯蔵技術に関する研究の２つに分けられる。本研究を遂行するための研究組織は4名で構成されており、これまでの研究内容は以下のとおりである。
【A】の研究として、（A-1）新型オルト・パラ水素変換触媒の研究開発、（A-2）新型水素用冷凍機／液化機の研究開発、（A-3）蒸発ガスにおけるオルト・パラ組成比の経時変化に関する研究を実施している。また【B】の研究として、（B-1）加圧・減圧時における液体水素の熱流動特性、（B-2）輸送・振動時における液体水素の熱流動特性、（B-3）液体水素運搬船用MgB2液面計の研究開発に関する研究を実施している。
2020年度は、主にサブテーマ（A-2）（A-3）（B-1）（B-2）（B-3）の研究を実施して、以下の進展が得られた。（A-2）：武田・前川は、購入したGM冷凍機の性能データに基づいて新型水素用液化機の熱計算および触媒・熱交換器の設計検討を行った。コロナ危機の影響により、ドレスデン工科大学においてHABERSTROHとともに触媒・熱交換器を作製する作業は延期となった。（A-3）：採集した蒸発ガス（0.6 MPaG）を長期間（232日）保存し、オルト・パラ水素分析計を用いてパラ水素濃度を測定したところ、33%である（経時変化が異常に長い）ことが分かった。（B-1）（B-2）：小型液体水素容器を用いて、液体状態・初期充填率・減圧速度をパラメータとして、0.4 MPaGから減圧試験を行った。その結果、液体状態の違い（飽和・成層）が蒸発量や沸騰挙動に大きな影響を及ぼすことが分かった。また、横振動試験の結果、振動直後から圧力が急降下するとともに、液面上部の気体水素の温度も低下していた。（B-3）：松本は、IMD法によるCuNiシースMgB2線材の作製を試みた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、以下の研究組織（4名、内1名は海外共同研究者）・役割分担・渡航計画に従って推進する。
【研究代表者】武田 実・神戸大学：液体水素に関する実験、計算および研究総括を担当する（テーマA、B）。【研究分担者】松本明善・NIMS：液面センサーとなる超伝導線材を作製する（テーマB）。前川一真・神戸大学：液体水素に関する実験と計算、液面計の設計と実験を担当する（テーマA、B）。毎年夏季／冬季／春季休業中にドレスデン工科大学へ１～２週間滞在し、国際共同研究を行う。【海外共同研究者】Christoph HABERSTROH・ドレスデン工科大学：液体水素に関する計算、液面計の設計を担当する（テーマA、B）。
【A】液体水素の海上製造技術に関する研究（A-1）新型オルト・パラ水素変換触媒の研究開発：新型触媒として、微粒子状態の磁性材料（Ni系など）を作製し、空隙平均穴径を調べる。（A-2）新型水素用冷凍機／液化機の研究開発：GM冷凍機の性能試験を行った上で、新型液化機を設計するとともに触媒・熱交換器を作製し、性能を評価する。（A-3）蒸発ガスにおけるオルト・パラ組成比の経時変化：オルト・パラ水素分析計を用いて、パラ水素濃度の異常に長い経時変化の圧力依存性を調べる。
【B】液体水素の海上輸送貯蔵技術に関する研究（B-1）加圧・減圧時における液体水素の熱流動特性および（B-2）輸送・振動時における液体水素の熱流動特性：小型液体水素容器を用いて、加圧・減圧・振動時における容器内部の温度・圧力／蒸発量・沸騰画像データを取得し、実験値と計算値を比較してミストの発生・スロッシング／ボイルオフに関する考察を行う。（B-3）液体水素運搬船用MgB2液面計の研究開発：10 mオーダーの長尺液面計を設計するとともに、超伝導MgB2線材の性能向上に関する製造条件・手法を検討する。
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| Causes of Carryover |
当初の予定では、武田・前川が夏季／冬季／春季休業中にドレスデン工科大学へ１～２週間滞在し、国際共同研究を推進することとしていたが、コロナ危機の影響により渡航・滞在予定が延期になったため。
次年度使用計画として、新型オルト・パラ水素変換触媒の作製費用およびMgB2線材の超伝導特性を調べるための液体ヘリウム費用を計上する予定である。
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Research Products
(13 results)
