2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of innovative chemical recycling system of plastic waste via low-temperature reforming
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20K21856
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80583351)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成 基明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (30747259)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | ケミカルリサイクル / 低温改質 / 酸素ナノキャリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低温条件でプラスチックの合成ガス化が可能となれば、合成ガスからプラスチックを合成する過程で排出される低温廃熱が、プラスチックガス化プロセスに融通できるようになるため、化石資源の燃焼が不要なリサイクルシステムが実現できる。本研究では、低温プラスチック分解プロセスを通じた革新的ゼロエミッションケミカルリサイクルシステムを提案する。
前年度検討の結果、まず廃プラスチックの無触媒熱分解による軽質炭化水素化を行い、その後ケミカルループ型プロセスにより、炭化水素を改質する、2段階ガス化システムが妥当であるという結論に至った。ケミカルループ型プロセスでは、反応場分離により、炭化水素の改質反応を①CH2+3Me(O)→CO2+H2 ②Me( )+H2O→Me(O)+H2 に分けて進行させる。
本年度の研究においては、当研究グループで開発してきた低温動作酸化触媒である酸化セリウムナノ粒子を酸素キャリアとして利用し、酸素キャリア中の酸素により500℃の低温下でも①の炭化水素の酸化分解が完了するかを実験的に実証した。
オクタンをモデル物質として使用し、酸素キャリアによる酸化分解試験を行った結果、熱分解と比較し、酸素キャリアから放出される酸素により酸化分解が起こり，反応は飛躍的に進行することを確認した。熱分解の場合、途中の分解生成物に二重結合をもつ炭化水素も含まれるが、酸素キャリアによる酸化分解ではアルカンのみが生成することも明らかとした。
さらに、十分な酸素キャリアを添加した場合、オクタンの酸化分解が完了し、オクタン中の炭素はほぼ全てCO2へと変換できることも分かった。酸化セリウムは、高いCO2吸着能を有するため、①の反応系で放出されるCO2は生成量の50%程度にとどまるが、②の反応を進めると、吸着したCO2が脱離できる。
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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
酸化セリウムナノ粒子を酸素キャリアとして利用したケミカルループ型炭化水素改質プロセスに検討対象を変更し、酸素キャリアによる炭化水素の完全酸化分解を実証することが出来た。
目的として掲げた低温プラスチック分解プロセスを通じた革新的ゼロエミッションケミカルリサイクルシステムの構築に向け着実に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、低温炭化水素改質プロセスの詳細な速度論解析を行い、プロセスの実現可能性検証を進めることに加え、より低温でも高速にプロセスを進行させ得る、より活性の高い低温動作酸素キャリアの探索を進めていく。
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| Causes of Carryover |
本年度は、現有装置にて反応試験を行うことが出来たため、予定していた反応評価装置改良用の経費を節減することが出来た。最終年度となる次年度において、ラボスケールでの実証試験機を自作予定であり、また、学生、技術補佐員を雇用し、目標達成に向けて研究を加速する予定である。
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