Effect of fuel composition on emission and light absorption characteristics of black carbon

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04953
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 益田 晶子 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (10322679)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ブラックカーボン / 凝集体 / フラクタル次元

Outline of Annual Research Achievements

ディーゼル機関排ガス中のブラックカーボン（BC)の光吸収に影響を与える因子のひとつとして、BC自体の炭素構造がある。ディーゼル機関排ガス中のBCを捕集し、走査電子顕微鏡(SEM)で観測するため、まず捕集条件と手法を確立した。そのうえで、留出油基材のもの、残渣油基材のものの2種類の燃料を用い、排ガス中のBC濃度、粒径を計測するとともに、捕集をおこなった。粒径だけでなく、BCの炭素凝集体のフラクタル次元とBC光吸収との関係を明らかにするため、SEM像からフラクタル次元を解析する手法を構築した。BC凝集体のフラクタル次元は、凝集体に含まれるBC粒子の数と凝集体の旋回半径、BCの粒子径とフラクタル次元Dfの間に成り立つ関係式を、それぞれの凝集体に対してプロットし、最小二乗法により近似曲線を計算し求めることができる。解析の結果、エンジン負荷率が高い方がBC粒子径が小さいだけでなく、凝集体の旋回半径も小さく、またその分布が狭いことがわかった。また、エンジン負荷率によって排出されるBC凝集体のフラクタル次元が異なり、エンジン負荷率が高いほどフラクタル次元は高く、より枝分かれが進み、球形に近い構造となっていることが示唆された。実際にSEM像から得られた平均的な最大径や長軸・短軸比からも、負荷率が高い方が、より球状に近くなっていることがわかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

フラクタル構造の解析法構築に時間がかかり、内部構造の観察に至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

燃料の組成を変え熱分解反応試験を行い、昇温に従っておこる気化・分解・炭化反応生成物を分析する。ブラックカーボン凝集体内部の構造を観測・分析し、光吸収との関連を明らかにする。

Causes of Carryover

燃焼試験および電子顕微鏡解析を優先したため。翌年度分と併せ、熱分解試験装置を作製する計画である。