2020 Fiscal Year Annual Research Report
廃プラスチックを原料とする新奇水素生成プロセスの創成とそのメカニズム解明
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20H00360
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
加納 純也 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40271978)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村松 淳司 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40210059)
石原 真吾 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40760301)
久志本 築 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10846439)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 水素 / プラスチック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
廃プラスチックに水酸化カルシウムと水酸化ニッケルを混合し、その混合物を水蒸気雰囲気下で加熱することにより、水素生成できることを見いだした。しかしながら、その反応メカニズムは明確になっていないため、まず、その反応メカニズムを明確にすること、水酸化カルシウムや水酸化ニッケルの代替となる廃棄物を探索し、水素原料がすべて廃棄物である世界に類をみない画期的な水素製造プロセスシステムの創成を目的としている。
令和2年度では、プラスチックの中でも使用量の多い、ポリエチレン（PE)、ポリプロピレン（PP)、ポリスチレン（PS)、ポリ塩化ビニル（PVC)、ポリエチレンテレフタレート（PET）の試薬あるいはそれに相当するプラスチックを原料として、ガス化剤として水酸化カルシウム、触媒として水酸化ニッケルを混合し、その混合物を水蒸気雰囲気下で加熱することにより、水素を主成分とするガスが生成することを確認した。また、水酸化カルシウムと水酸化ニッケルの混合量や加熱温度が水素生成量に与える影響についても検討した。
水素生成実験から、水素の生成量はプラスチックの種類に依存することが分かった。水素生成量の違いは、熱分解温度、プラスチックの構造、発熱量等に関係していると考えられ、それぞれとの相関関係を検討した。ポリエチレン（PE）に関しては、加熱温度が水素生成量に与える影響を検討したが、500℃から700℃の範囲では、同程度であった。水酸化カルシウムと水酸化ニッケルの混合量も検討し、その両方を混合することが水素生成量を最も多くすることが分かった。
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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
令和2年度では、プラスチックの中でも使用量の多い、ポリエチレン（PE)、ポリプロピレン（PP)、ポリスチレン（PS)、ポリ塩化ビニル（PVC)、ポリエチレンテレフタレート（PET）の試薬あるいはそれに相当するプラスチックを原料として水素が生成することを確認した。
水素の生成量は、プラスチックの種類に依存し、PE、PPの場合は、約200g/kg-プラスチックであり、反応率として約50％である。PSの場合は、極端に水素の生成量が少なく約5g/kg-プラスチックであり、反応率は5％程度である。PETは約90g/kg-プラスチックであり、反応率は約45％である。PVCは約25g/kg-プラスチックで、反応率は15％程度と低い。
これらの水素生成量の違いは、熱分解温度、プラスチックの構造、発熱量等に関係していると考えられ、それぞれとの相関関係を検討した。PEに関しては、加熱温度が水素生成量に与える影響を検討したが、500℃から700℃の範囲では、同程度であった。水酸化カルシウムと水酸化ニッケルの混合量も検討し、その両方を混合することが水素生成量を最も多くすることが分かった。
以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、試薬あるいはそれに相当するプラスチックを原料として水素生成を行った。
令和3年度は、試薬あるいはそれに相当するプラスチックが混合したもの、ならびに実際に使用された廃プラスチックを原料として、水素生成が行えるのか、また水素生成量にどれほどの影響があるのか、廃プラスチックなどの汚れはどれほど影響を及ぼすのか等を明確にする。また、既存の研究設備のガスクロマトグラフと粉末X線回折に加えて令和3年度申請設備の蛍光X線分析装置により、生成物のより詳細な分析・評価を進めていく。特にPVCに含まれる塩素の挙動は、プロセスの構築の上で重要であるため、どこに存在するのかを明確にする。
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