2015 Fiscal Year Annual Research Report
せん断応力印加によるメタンハイドレートの静的および動的構造安定性の評価
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26287076
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
佐々木 重雄 岐阜大学, 工学部, 教授 (30196159)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久米 徹二 岐阜大学, 工学部, 准教授 (30293541)
松岡 岳洋 岐阜大学, 工学部, 助教 (10403122)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 分子性固体 / 光物性 / メタンハイドレート / 弾性定数 / 高圧力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
石油代替エネルギー資源として注目されているメタンハイドレートの実用化研究が進む中，安全なメタンガス採出に必要なメタンハイドレートの静的および動的な構造安定性は未だ評価されているとはいい難い。そこで本研究課題では，せん断応力を印加することができる高圧アンビルセルを開発し，せん断応力下にあるメタンハイドレート，メタン－プロパン混合ガスハイドレートの静的および動的な構造安定性，相変化，ゲストメタン分子のホスト水ケージ占有状態，弾性的性質を顕微鏡観察，高圧ラマン・ブリュアン散乱測定より，圧力およびせん断応力の関数として調べ，せん断応力がメタンハイドレートに与える諸々の影響について明らかにする。
平成27年度では，主としてせん断応力を印加することができる高圧アンビルセルの製作および前年度にメタン－プロパン混合ガスハイドレートに代わる試料として有効であることがわかったメタン－テトラハイドロフラン混合ハイドレート，メタン－オキセタン混合ハイドレートの詳細な高圧ブリュアン散乱測定を行い，それらの正確な弾性的性質の圧力依存性の決定を行ってきた。その結果，ガスハイドレートの弾性的性質は，ガスハイドレートの結晶構造の違いよりも包接されている分子の形（対称性）や大きさに大きく依存することが明らかになった。
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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
平成27年度では，せん断応力を印加できる新高圧アンビルセルの製作を行い，完成したセルの加圧およびせん断応力の発生試験およびせん断応力下のメタンハイドレートの諸物性に関する基礎情報を収集することが主目的であった。しかし，新高圧アンビルセルの製作に約1年の期間を要したため，メタン－プロパン混合ガスハイドレートの代替および比較に適するメタン－テトラハイドロフラン混合ハイドレート，メタン－オキセタン混合ハイドレートなどのホスト水ケージ占有状態，圧力誘起構造変化，静的弾性的性質の評価を先行して行った。
せん断応力を印加できる高圧アンビルセルの製作については，前年度から製作を依頼していたが予想外に難航し，平成27年度末に製作が完了した。したがって，加圧およびせん断応力の発生試験およびせん断応力下のガスハイドレートの諸物性測定には至っていない。
一方で，ラマン散乱分光測定装置および高感度化した高圧ブリュアン散乱分光装置を用いて，メタン－テトラハイドロフラン混合ハイドレート，メタン－オキセタン混合ハイドレートのホスト水ケージ占有状態，圧力誘起構造変化，静的弾性的性質の評価を行ってきた。その結果，ガスハイドレートの弾性的性質は，その結晶構造よりもホストケージに包接されているゲスト分子の形（対称性）と大きさに強く依存していることが明らかになった。
新高圧セルを用いたせん断応力下での弾性的性質の評価については遅れが生じているが，メタン－テトラハイドロフラン混合ハイドレート，メタン－オキセタン混合ハイドレートの弾性的性質の評価により，ガスハイドレートの弾性的性質とゲスト分子の関係が明らかになり，せん断応力下での弾性的性質測定のための準備は十分整っている。また，せん断応力を印加できる新高圧セルの製作も完了していることから，全体としてはおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度では，完成したせん断応力を印加することができる高圧アンビルセルを用いて，(1) せん断応力下のメタンハイドレートの相変化，分解挙動の顕微鏡観察，(2) せん断応力下のメタンハイドレートの高圧ラマン散乱測定，(3) せん断応力下のメタンハイドレートの高圧ブリュアン散乱測定を行い，ガスハイドレートの弾性的性質，構造安定性とせん断歪との関係を表すデータを収集し，同様の実験を行ったメタン－プロパン混合ガスハイドレート，メタン－オキセタン混合ハイドレートとの比較を行うことによって，ゲスト分子のホスト水ケージ占有状態，弾性的性質，構造安定性等の圧力およびせん断応力依存性を調べ，せん断応力がメタンハイドレートに与える影響について明らかにする。
最終的にはこれら情報を解析し，ガスハイドレートのsI相, sII相の構造およびゲスト分子の違いによる弾性的性質の差異の原因，構造安定性へのせん断応力の影響，そのゲスト分子の役割等を明らかにし，包接水和化合物の持つ弾性的性質を総合的に解明する。また，海底地層中のメタンハイドレートの構造安定性についても考察していく。
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