Development of innovative chemical recycling system of plastic waste via low-temperature reforming

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K21856
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80583351)
• 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, 特任助教 (30747259)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2024-03-31
• Keywords: ケミカルリサイクル / 酸素ナノキャリア / 低温改質

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。
前年度までの検討の結果、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。
昨年度は、ケミカルループ型の反応プロセスが進行可能なことを実証した。本年度は、ケミカルルーピング法による低温廃プラスチックガス化プロセスの設計に向けて、酸素キャリアとして PtCeO2 を用いた場合の酸素キャリアの酸化・還元反応熱、および炭化水素の低温改質反応の反応速度の解析を行った。
その結果、CO の生成速度は、炭化水素の鎖長に依存せず、酸素キャリアの酸素の放出速度が、反応速度を概ね決定していることが示唆された。また、酸素キャリアの酸素吸蔵/放出反応熱を DSC によって計測し、炭化水素の部分酸化ステップおよび水分解ステップそれぞれの、酸素放出量当たりの発熱量を算出した。発熱量は酸素キャリアの酸化還元度に依存する傾向も認められた。
これらの情報からリアクターのサイズ試算、および、リアクターの熱制御方針策定が可能となった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

低温炭化水素改質プロセスの詳細な速度論解析を元に、最終年度において、ラボスケールでの実証試験機を自作し、プロセス実証を行う予定であった。しかしながら、当初計画と異なりケミカルループ型プロセスを採用したことから、2段階反応プロセス間の熱バランスの把握が、プロセスおよび試験機設計に必要となった。実験項目に熱解析を追加したため、試験機の製作に遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

ラボスケールでの実証試験機を自作し実証試験を行う。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。

Causes of Carryover

2022年度において、ラボスケールでの実証試験機を自作し、プロセス実証を行う予定であった。しかしながら、当初計画を一部変更し、ケミカルループ型プロセスを採用したことから、2段階反応プロセス間の熱バランスの把握が、プロセスおよび試験機設計に必要となった。実験項目に熱解析を追加したため、試験機の製作に遅れが生じ、実証試験機製作と実験実施に関わる費用を次年度使用することとした。