Elucidation of gas uptake performance of clathrate hydrates for storage of low-carbon resources using natural cold energy

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K12269
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 木田 真人 北見工業大学, 工学部, 助教 (90635814)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: クラスレートハイドレート / 自然冷熱 / 低炭素資源 / バイオガス / 天然ガス

Outline of Annual Research Achievements

天然ガスやバイオガス等の低炭素資源の貯蔵・精製媒体として、クラスレートハイドレート（CH）を活用するための原理の解明を行うため、まず、所定組成のメタン－CO2混合ガスと2種類のCHを接触させる気固反応により、それぞれのCH結晶中にどのようにメタンとCO2が包蔵されるかを調査した。今回対象としたCHは、冷涼な大気等の自然冷熱を利用して生成させることができるテトラブチルアンモニウムフルオリド（TBAF）ハイドレートおよびテトラブチルアンモニウムクロリド（TBAC）ハイドレートである。
実験は粉末状のCHを異なる二つの初期圧力条件で、所定組成のメタン－CO2混合ガスを気固接触させ、系内圧力およびガス組成の変化を調査した。接触温度条件は、寒冷地の大気温度を想定し、TBAFハイドレートが－20～＋20 ℃、TBACハイドレートが－20～＋10 ℃の範囲とした。いずれの場合もCH結晶へガスが包蔵されたことを示す系内圧力の低下を確認した。また、系に初期封入したCO2組成に対し、いずれの条件においても、ガス包接後のCHを分解させて発生させたガスのCO2組成が高くなる傾向が明らかになった。これは、CO2が選択的にCH相へ包蔵されたことを示唆している。CO2が選択的に包蔵される傾向は、低温ほど顕著であったが、圧力にほとんど依存しなかった。いずれの温度においても、結晶中へCO2が濃縮される傾向は、TBACハイドレートの方が、TBAFハイドレートより強くなることがわかった。得られた結果は、CHの結晶機能を低炭素エネルギーの貯蔵・精製に活用する上で重要な知見となる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

自然冷熱を利用して扱うことのできるCH結晶とメタン-CO2混合ガスの気固接触で、ガス組成分別が起こることを示した。予定していた2種類のCHがもつ分子ふるい効果の温度圧力依存性を系統的に解明することができ、当初の予定通りにおおむね順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

CHのメタンおよびCO2の包蔵メカニズムおよびCHを利用したガス貯蔵・分離システムの適用可能条件を解明するために、今後は、メタンおよびCO2が包蔵したCHの熱力学的安定性の評価を進める。2020年度に得られた結果については、国内学会で公表し、国際誌への論文投稿準備を進める。