2022 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 |
昨年度にマイクロ波発生装置を導入し、マイクロ波によるBDFの合成の有効性が確認された。今年度では、BDF合成率95％以上を研究目標にして研究が進められた．研究では，まず、卵やアサリの貝などを利用する環境型の触媒を調製し、走査型電子顕微鏡(SEM)とX線回折装置(XRD)による触媒の特性評価を行った。次に、本研究が提案する超音波・マイクロ波2段階BDF合成法では、反応時間、反応温度、メタノールの量、触媒の種類、植物油の種類などの条件を変えながら、BDFを合成し，GCMSによってBDF収率を分析した。最後に製造したBDFの特性調査を行った。特性調査では比重、粘度を測定後，軽油とBDFの熱効率、排ガス濃度の測定をした。
その結果、触媒の調製によって酸化カルシウム(CaO)の生成を確認し、生成したCaOはLimeと呼ばれていることが分かった。BDF合成実験では，超音波を利用したBDFの合成率は最大78.18%に達し、マイクロ波を利用したBDFの合成率は最大99.58%に達した。また、製造したBDFは比重が0.895，粘度が40℃で7mPa・Sとなった。熱効率はBDFと軽油はほぼ同じであることから代替燃料として利用可能である。このほか、CO2濃度はほぼ同じだが，NOX濃度はBDFの方が低かった。マイクロ波を用いるBDF合成法は約10分という短時間でBDF合成率90%が得られるため、新しいBDF製造法として有効である。また、熱効率や排ガス濃度の観点では、BDFは燃料として十分利用可能である。
一方、超音波・マイク波2段階BDF合成はより速く、多くBDFを合成できたメカニズムとして、まず1段階の超音波照射により、比重が異なる植物油とエタノールの混合液が乳化した。その後、粉末状の固体触媒と混ぜた乳化液が2段階目のマイクロ波の照射を受けると、エステル反応が加速されたと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
最初の研究計画では、今年度では多孔質の固体触媒の製作と量産用のマイクロ波発生装置の導入と流通型を予定していた。超音波・マイクロ波2段階BDF合成最適条件の選定実験には時間がかかってしまったこと、コロナ対策に関連して、研究時間が短縮されたこと、さらに、量産化するためのマイクロ波発生装置導入費用の検討には時間を要したため、計画よりやや遅れているのは事実である。
一方、2023年度に実施する予定のBDF品質調査研究の一部分の内容はと燃料実験は今年度に前倒して実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、粉末状の環境型固体触媒を多孔質固体触媒に焼結する研究を行う。次に、焼結した多孔質触媒の触媒特性を調査する。このほか、マイクロ波照射流通型のBDF反応システムを設計・構築するとともに、流通型BDF反応用マイクロ波照射装置を導入する。そのうえ、BDF反応実験を実施し、BDFの合成率を測定する。最後に、合成されたBDFの品質調査と燃料実験を行う。
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| Causes of Carryover |
当初、量産化用のマイクロ波発生装置の導入を検討したが、単年度の予算では、導入は難しいと思われたので、導入を遅らせました。そのため、48万円弱の予算を2023年度に繰り越すことにした。今年度では、新たに50万の助成が予定されており、繰り越した分を合わせて、量産化マイクロ波照射BDF合成装置の構築を目指す。これまでの調査では、市販の流通型用マイクロ波装置が見当たらず、現在では、マイクロ波発生装置のメーカーと相談し、自作を含めて新しいマイクロ波発生装置の製作を検討しているところである。
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