Basic research for the design of 3D modeling structured catalysts with the application of machine learning

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14456
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Fukuda Takashi 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50734969)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 構造体触媒 / ３D積層造形 / 輸送現象 / 粉末積層造形法

Outline of Final Research Achievements

The research aimed to optimize catalytic performance using 3D-printed structures. In 2021, Ni/alpha-Al2O3 catalysts were developed and evaluated via Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, revealing novel lattice structures surpassing traditional designs. Challenges emerged in 2022, with metal distribution issues affecting performance under higher flow rates, prompting refinement of fabrication techniques. Liquid-phase studies in 2023 underscored the importance of precise structural control for effective performance across diverse reaction conditions. These findings emphasize ongoing efforts to enhance catalytic efficiency through advanced manufacturing approaches, targeting improvements in both design and fabrication processes.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果により、3Dプリント技術を活用することで、従来法では製作不可能であった複雑形状の触媒構造を作製し、従来的な構造体の一つであるハニカム構造を上回る性能を実現した。化学品の製造、排気ガス浄化、ガスセンサなど多様なプロセスにおいて重要な役割を果たす固体触媒の高効率化につながり、触媒金属用レアメタルの使用量の削減につながる。
液相反応系へ適用するためには、より微細な孔構造を可能とする3D造形技術が重要であることが示唆された。本研究で明らかになった課題を解決することで、より広範な持続可能な化学プロセスの実現と産業競争力強化への貢献が期待される。