2022 Fiscal Year Annual Research Report
Ammonia synthesis by pressure swing in plasma reactor
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20H01891
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
森 伸介 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80345389)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アンモニア合成 / 非熱プラズマ / 圧力スイング / 圧力スイング反応器 / パルス放電 / 沿面放電 / 放電同期 / 非定常操作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、赤外線センサーを用いて圧力スイング反応器のピストンの位置を検知し、マイクロコンピューターを用いて圧力スイングと放電時期との同期を取る実験装置において、放電タイミングと圧力変動タイミングとの同期を様々な組み合わせで実施し、これまでに得られた知見をもとに、アンモニア合成触媒を併用した圧力スイング反応器において、圧力周期、放電周期、窒素供給周期、水素供給周期、排気バルブ開閉周期をシンクロさせた変動操作プロセスでアンモニア合成実験を行った。圧力スイングを常時行う下で、一定周期ごとに排気を行った。さらに吸気のタイミングでは圧力が上昇する圧縮過程でのみ放電を行った。その結果、2.6g-NH3/kWhという高いアンモニア合成効率を得ることができた。このように、圧力スイングと放電、ガス吸排気のタイミングとの間で同期を行うことで、触媒を積極的に利用していない反応器において、高いアンモニア合成効率を得ることに成功した。次に、活性な触媒を併用した場合の影響を調べ、更なるアンモニア合成効率の向上を目指して、アルミナ担持Ru触媒を反応器内に設置してアンモニア合成効率に及ぼす効果を検証した。その結果、Ru触媒を用いた場合には、触媒を用いなかった場合と比較して約2倍のアンモニア合成効率が得られた。以上の結果から圧力スイングによって合成したアンモニアを電極表面から脱離させ、パルス化を行い放電オフの時に排気を行うことが合成効率の向上につながったということが明らかになった。そして反応器の改良により、圧力スイングと放電とガス吸排気のタイミングを意図するように制御できるようになったため、パラメーターの設定によってはさらなる合成効率の向上が期待される。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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