2023 Fiscal Year Annual Research Report
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22K18993
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
能村 貴宏 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50714523)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國貞 雄治 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00591075)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 蓄熱 / 触媒 / エクセルギー再生 / コプロダクション / 反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、相変化物質のマイクロカプセル化技術を応用して蓄熱機能・放熱機能を持つ触媒、「蓄熱触媒」を開発を目指した。さらに、蓄熱触媒の 特徴を最大限に活用することで、通常の反応熱の熱制御からさらに高難度の技術領域である熱再生/循環（＝エクセルギー再生コプロダクショ ン）技術の実現を目指した。
蓄熱触媒作製法としての相変化マイクロカプセル（MicroEncapsulated Phase Change Material：MEPCM）上への触媒担持法および触媒/触媒担体の同時担持法を検討し、通常の触媒担持法として利用されている含浸法や共沈法、ゾルゲル法などを適用可能であることがわかった。また、触媒だけではなく酸化物などからなる触媒担体も同時に担持可能であることがわかった。CO2メタネーションおよびアンモニア分解反応にターゲットを絞って蓄熱触媒を開発、調整し、数mgスケールの蓄熱 触媒を充填可能なペンシルスケールの触媒反応試験装置にて、作製した蓄熱触媒の触媒性能を評価した。その結果、発熱反応および吸熱反応ともに蓄熱触媒による熱制御効果が発現し、触媒の持つ特性をより良く引き出せることがわかった。
極微小スケールでの触媒反応と熱分散シミュレーションでは、熱制御が有効に機能する触媒とヒートレシーバー/ドナーの近接距離等を検討し、開発した蓄熱触媒の構成において熱制御が十分有効に機能することがわかった。
反応熱循環コプロダクションプロセスの開発では、熱制御・熱輸送特性を十分観察可能なスケール（充填量～数十g程度）で実験モジュールを開発し、蓄熱触媒の熱制御・熱輸送特性を実験的に調査した。結果として、蓄熱触媒による数分～数十分単位での熱制御効果が期待できることがわかった。一方、反応器内温度を均一にするには、触媒活性や反応面積などに傾斜をかけるなどの操作が必要であることがわかった。
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