2021 Fiscal Year Research-status Report
Creation of Environment Type Solid Catalyst and BDF Synthesis based on Ultrasound and Microwave with High Efficiency and Its Application
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21K03924
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| Research Institution | Shizuoka Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
十朱 寧 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (60288404)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超音波 / マイクロ波 / BDF合成 / 環境型固体触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化石燃料の大量使用はエネルギー問題と地球温暖化問題を引き起こしている。バイオディーゼル燃料(BDF)は、CO2排出量の抑制対策につながり、ディーゼルエンジンに実用可能なことが実証されたため有望な代替燃料として注目されている。
今年度の研究では、洗浄の必要のない、環境型固体触媒である卵やアサリの殻などを用いたBDF合成法を提案・検証することを目的とする。研究内容として、まず、卵やアサリの殻の調製を行う。続いて、超音波・マイクロ波を用いるBDF合成実験を実施するほかBDFの合成率を測定する。最後に、燃焼実験を通じてBDFの動力特性と排気特性を調査する。
卵やアサリの殻の調製では、それぞれの殻を水で洗浄してから、378Kで2時間乾燥、1173Kで2時間焼成させる後、SEMとx線回折分析装置で成分測定と結晶骨格構造解析を行った。また、従来の超音波BDF合成では、ゼオライトと非食用ジャトロファを用いた。そのほか、今年度で新規導入したマイクロ波反応装置（Biotage社製）を用いるBDF合成では、 先に超音波で植物油とメタノールの混合物を乳化させてから様々な合成条件（時間、温度、圧力）で合成実験を実施した。最後に、本学に設置した新日本特機製シャーシーダイナモメータとディーゼルエンジン車（トヨタサクシード）を用いてBDFと軽油を燃焼とする排気ガス測定を行った。
一連の実験の結果、下記のような結論が得られた。（１）卵の殻とアサリ殻の主成分は酸化カルシウムであることが判明した；（２）超音波とゼオライトによるジャトロファのBDF合成率は、BDF生成率は35％であった；（３）マイクロ波合成実験では、アサリの殻0.5gと乳化油3mlを150℃で1min反応したサンプルGの生成率は最も高く、93.97％に達した。（４）排気ガス濃度では、BDFのCO2排出量は軽油より低いが、NOX排出量は軽油より高い。
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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
(1)卵の殻やアサリの殻を用いる環境型触媒の調製方法が確立された。
(2)SEMやX線解析分析装置を用いる環境型触媒の特性同定実験を実施し、環境型触媒の主成分が酸化カルシウムであることをを確認した。
(3)非食用油であるジャトロファのBDFの合成実験を試みた。しかし、生成率は依存として低いため改善が必要。
(4)Biotage社製のマイクロ波反応装置を研究室に導入して、植物油とメタノールの混合物を乳化させてから環境型触媒を利用するBDF合成実験では、BDF生成率が93.7%に達した合成条件を見つけた。
(5)BDFや軽油に対して、新日本製シャシダイナモメータによる走行実験時の排気ガス濃度測定実験を実施し、異なる燃料によるCO2とNOxの濃度の違いを把握した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従って、R4年度では、まず、超音波周波数や温度によって超音波照射植物油とメタノールの乳化度合いの評価を行う。続いて、多孔質の環境型触媒の製作を行う。また、植種々な植物油とエタノールの混合比、触媒の使用量、合成温度、圧力と時間のなどファクターを考慮してBDF合成実験を実施してBDFの生成率を測定するうえ、BDF生成率95％を超えるBDF合成条件を特定する。さらに、熱流体解析に基づくマイクロ波反応装置の設計と製作を検討する。
R5年では、JISーK2390規格に基づきBDFの品質調査や燃焼実験などを実施し、合成したBDFの妥当性を検証する。
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| Causes of Carryover |
マイクロ波装置の導入にあたり、導入金額は計画した金額より増えたため、次年度使用額の中の60万円を前倒して使った。今年度の不足分は大学の基礎研究費とそのほかの研究費からから補うことができる。
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