2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel high-efficiency, high-stability energy conversion system for salinity gradient power generation
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21H04942
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
比嘉 充 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30241251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 俊彦 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (00179772)
奥村 哲也 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (10380817)
杉本 悠 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (30848841)
松本 英俊 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40345393)
通阪 栄一 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40363543)
木村 睦 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60273075)
Jiang Fei 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (60734358)
垣花 百合子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 学術研究員 (90592014)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 塩分濃度差発電 / イオン交換膜 / 逆電気透析 / 再生可能エネルギー / 海水 / 淡水 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
逆電気透析(RED)発電の高出力化のために、生産性に優れたナノファイバー(NF)製造方法である溶液ブロー紡糸法を用いたイオン交換ナノファイバー(IE-NF)膜の開発を進め、A4サイズのIE-NF膜の作製を可能にした。また、電荷を持つパリレン薄膜と有機金属構造体との複合膜が分離膜として機能することを見出した。このパリレン膜のA4サイズまでの拡大も可能となり、支持膜上で欠陥なく数十ナノメーター厚の透過機能を持つ荷電型ナノ薄膜の成膜手法を確立した。
フルブリッジ方式絶縁型 DC-DC 変換器を用いてRED の最大出力電力追従制御を実現し、系統連系が可能であることを数値シミュレーションより確認した。REDスタック内の溶液の流れを解析するため、膜を介した水とイオン透過を模擬した計算モデルを開発し数値シミュレーションを行った。その結果、流路の圧力損失には流路の出入口近傍の流れが影響を及ぼし、発電装置の電流量は大きな影響を及ぼさないことを明らかにした。さらに、膜に凹凸構造を賦形したプロファイル(PF)膜に関して数値シミュレーションを行い、PF膜を利用することでおよそ70％のエネルギーロス削減が可能であることを明らかにした。
ホットプレス法により作製したPF膜の凹凸構造をレーザー顕微鏡により観察し、長期間にわたり凹凸構造が維持されることを明らかにした。また昨年度構築した膜300対・有効膜面積90 m2のベンチスケールREDスタックを用いて発電性能を調べ、大型REDスタックで高出力が得られる条件を見出した。バイオファウリングの洗浄の高効率化を目指し酵素と界面活性剤の利用法を検討した。染色法によるバイオフィルムの間接的評価と画像解析よる直接観察で，酵素と界面活性剤の併用がバイオフィルム除去に大きく作用することを実証した。以上より、大型REDスタックを用いた高出力・長期安定運転の筋道が示された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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