バイオガスハイドレートによるエネルギー循環型下水処理場へのCGS導入効果

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25340118
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 山田 貴延 北見工業大学, 工学部, 教授 (90174721)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: ハイドレート生成 / バイオガス / 圧力温度平衡曲線

Research Abstract

本研究の初年度に当たる平成25年度においては，主に下水処理施設で一年を通して熱需要に差異が生じるバイオガス供給量の平準化を目的とした余剰バイオガスのハイドレート化貯蔵の可能性を調査し，具体的な生成・貯蔵条件の最適化を目指した．実験は予定通り，試作した高圧容器を1種類用意し，これを低温恒温器にセットして測定できるよう，測定部，ガス供給部，データ測定記録部の各機器をシステム化して結合し，実験装置全体を構成した．これにホスト物質に砕氷を，またゲストガスとしてバイオガス中のCO2およびメタンを圧力容器にそれぞれ封入して，低温条件下（-10℃～0℃）でハイドレート化性能について調べた．まず，よりハイドレート化しやすいガスとなるCO2での生成を試みると同時に，計測システム自体の作動状況等についてチェックを行った．十分な測定環境であることを確認後，メタンについても実験を行った．その結果，もっとも高い生成性能を示した条件としては，封入初期圧力６MPa，初期温度0℃であることを明らかにした．ただし，この場合に得られた最適状態での結果は，圧力-温度間の平衡曲線上で両者の間にどのような関係で説明できるのかは，まだ詳細にはわかっておらずこの点は継続的に調べる必要がある．また，今回購入し使用した迅速熱伝導率計によってハイドレートの熱伝導率を測定する試みを行っているが，等温下での測定はかなり困難なため，直接的な測定ではなく別媒体を試料とセンサーの間に挿入した間接的な測定方法を検討中である．なお，全般的には，ハイドレートの生成実験が当初の予定より早く進んだことから，より詳細な現象解明を行うため測定部各所に複数の熱電対を設置することとした．そこで，次年度に購入予定をしていた温度データロガーを前倒して購入して実験に使用し，必要とするデータの取得が可能となった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

圧力容器の試作および測定機器等のセットアップについては予想以上に順調に進み，ハイドレート生成の実現とその際の圧力・温度特性の把握ができた．これによって，温度データロガーの購入が初年度で必要となった．ただし，ハイドレートの熱伝導率計測は困難を極めており，この点からは今後も継続的な測定アプローチの試みが必要である．

Strategy for Future Research Activity

前述したように，ハイドレート生成時の熱バランス把握のために，ハイドレート構造体の熱伝導率計測が必要であったが，現状ではその実測に手間取っている．今後も試行錯誤しながらその継続が必要と思われる．ただし，最終的な達成目標とするバイオガスプラントでのエネルギー収支の推定･性能評価には，装置全体を含めた精密な温度計測等を講じることによって間接的ながら，キーとなるデータの推定が可能ではないかと考えており，当面大きな計画の変更はない．