2021 Fiscal Year Research-status Report

In-situ内部可視化に基づいた可燃性固体の非定常熱分解機構の解明

Research Project

Project/Area Number	20K04331
Research Institution	Akita Prefectural University
Principal Investigator	大徳忠史秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (40452049)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	鶴田俊秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (90197773)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	木質バイオマス / 超高速X線CT / 熱分解
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，不均一な温度分布を有する木質系バイオマスを対象とする．放射光X線を利用してリアルタイムで非破壊可視化計測することにより内部構造の変化，密度分布の変化を定量化し，木質系バイオマスの熱分解および燃焼メカニズムの詳細な解明を目的とする．入熱速度は熱分解現象の重要な影響因子となりうることが予想され，固体内部の構造や温度分布の変化，さらに固体近傍の境界層の形成に影響を及ぼすものと考えられる．令和3年度は，SPring-8・BL20B2ビームラインでの熱分解過程にある木質系バイオマス試料の内部可視化実験を実施することができた．試料は直径5mm，高さ5mmの円柱型のヒノキ，ラミンおよびペレットを使用した．なおペレットは市販のペレットを木粉の状態へ戻した後，再成形した．このペレットは市販のペレットと密度をほぼ同一にしてある．高熱流束を実現できるランプヒーターからの光熱直接照射による熱分解実験を実施した．窒素雰囲気とすることにより，気相での有炎燃焼が起こらない条件で行なった．さらにX線μCTの計測速度を従来より高速で行うことも試みた．データ数が膨大なため現在も解析中であるが，20um程度の仮道管構造が認識できており変化が大きい場合でも再構成ができていることを確認している．また，可燃性固体への入熱速度に関して，高温雰囲気下での実験のための炉の準備を進めている．ラボでは，熱分解過程にある木質バイオマス試料からの熱分解ガスの挙動および熱的密度変化の計測を実施しているが，窒素雰囲気での計測に課題が残り今後も検討していく．また，令和3年度は，2件の国内学会発表と1件の国際会議発表を行った．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 交付申請書に記載の年度研究実施計画を遂行することができている。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度の実施計画がおおむね順調に遂行されているため，当初の計画通り実験室での基礎データ収集とSPring-8でのリアルタイム非破壊可視化計測を継続する．種々の条件下での計測を進め，熱分解現象を定量的に解明する．ラボでの試料近傍の雰囲気の密度場の可視化計測に課題が残るため引く続き装置や実験手法の検討を行っていく．
Causes of Carryover	令和3年度も，新型コロナウィルス感染対策の観点から，国内外の研究発表のため開催地へ赴くことができず，オンライン開催となったことなどから旅費の使用が想定より少なくなった．研究に関して，コロナ禍ではあるが，SPring-8で実際に検証および実験を行うことができた．順調に遂行していることから，新型コロナウィルスの蔓延状況によるものの令和4年度も現地での研究がさらに必要となる．なお，SPring-8で行う実験研究は公募申請する必要があるが，状況よっては，優先課題としての申請も検討している．さらに，成果発表や調査研究として国内および国際会議への参加も予定しており繰り越した予算の使用が必要である．