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化学ループ法による水素生成・二酸化炭素分離システムの開発

Research Project

Project/Area Number 18F16765
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Environmental engineering and reduction of environmental burden
Research InstitutionThe University of Tokyo
Host Researcher 大友 順一郎  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (90322065)
Foreign Research Fellow KELLER MARTIN  東京大学, 新領域創成科学研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords低炭素社会 / 水素生成 / 二酸化炭素利用 / 化学ループ
Outline of Annual Research Achievements

化学ループ法と再生可能エネルギーを融合させた新規なシステムの提案として、今年度はバイオマスおよび太陽電池の余剰電力の有効利用を指向し、以下の二つの新規プロセスについて検討した。まずは、木質バイオマス発電における二酸化炭素の分離回収を含めた化学ループの技術および経済性の評価を行った。化学ループ法の優位性を検証するために、従来の木質バイオマスの直熱燃焼後の二酸化炭素の分離回収との比較を行った。化学ループ法については、流動層リアクターを含む詳細なシステム設計を行い、発電スケール毎に評価を行った。二酸化炭素の輸送プロセスについては、液化した二酸化炭素のトラック輸送が低コストであることが明らかになった。その結果、化学ループ法を用いた場合、二酸化炭素の回収質量あたりのトータルのバイオマス発電コストは従来法と比較して17%低減できることが明らかになった。その際の最適発電スケールは50 MWthであった。また、発電における二酸化炭素排出原単位は0.35 kgCO2/kWhであった。一方、日本国内の系統電力の二酸化炭素排出原単位は0.53 kgCO2/kWh程度であり、発電コストおよび二酸化炭素排出削減の両者の観点から、化学ループ法の優位性を示すことができた。
続いて、再生可能エネルギーを利用した化学ループ法による二酸化炭素利用の技術評価を行った。太陽電池の余剰電力による水電解から生成した水素を用いて、金属酸化物の還元と後続の二酸化炭素による金属酸化物の再酸化から一酸化炭素を得るプロセスについて検討を行った。種々の金属酸化物を熱力学の観点から検討し、鉄・マンガン系金属酸化物の優位性が示唆された。得られる一酸化炭素の濃度と生成効率の間にはトレードオフの関係があるが、10~11%程度の一酸化炭素の生成効率が得られることが示された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Techno-economic evaluation of BECCS via chemical looping combustion of Japanese woody biomass2019

    • Author(s)
      Keller Martin、Kaibe Kenji、Hatano Hiroyuki、Otomo Junichiro
    • Journal Title

      International Journal of Greenhouse Gas Control

      Volume: 83 Pages: 69-82

    • DOI

      10.1016/j.ijggc.2019.01.019

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CO2 activation by methane in a dual-bed configuration via methane cracking and iron oxide lattice oxygen transport ? Concept and materials development2018

    • Author(s)
      Keller Martin、Matsuzaki Yoshio、Otomo Junichiro
    • Journal Title

      Chemical Engineering Journal

      Volume: 349 Pages: 249-259

    • DOI

      10.1016/j.cej.2018.05.069

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Technological and Economic Assessment of Power Generating System with Woody Biomass in Terms of Constructing Cost Model and Technological Scenario2018

    • Author(s)
      KAIBE Kenji、KELLER Martin、INOUE Masafumi、YAMADA Koichi、OTOMO Junichiro
    • Journal Title

      J. Jpn. Inst. Energy

      Volume: 97 Issue: 10 Pages: 284-299

    • DOI

      10.3775/jie.97.284

    • NAID

      130007501870

    • ISSN
      0916-8753, 1882-6121
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Chemical Looping CO2 Activation via Methane Cracking and Iron Oxide Lattice Oxygen Transport2018

    • Author(s)
      Martin KELLER, Yoshio Matsuzaki, Junichiro OTOMO
    • Organizer
      5th International Conference on Chemical Looping
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] TECHNO-ECONOMIC ANALYSIS OF CHEMICAL LOOPING COMBUSTION WITH WOODY BIOMASS2018

    • Author(s)
      Kenji KAIBE, Martin KELLER, Hiroyuki HATANO, Junichiro OTOMO
    • Organizer
      5th International Conference on Chemical Looping
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen production by methane cracking on supported iron particles with continuous regeneration2018

    • Author(s)
      Martin Keller, Yoshio Matsuzaki, Junichiro Otomo
    • Organizer
      化学工学会第50回秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Techno-Economic Evaluation of BECCS via Chemical Looping Combustion of Woody Biomass in Japan - Costs, Challenges and Opportunities2018

    • Author(s)
      Martin KELLER, Kenji KAIBE, Hiroyuki HATANO, Junichiro OTOMO
    • Organizer
      International Conference on Negative CO2 Emissions
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 大友研究室ホームページ

    • URL

      http://www.otomolab.k.u-tokyo.ac.jp/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2019-12-27  

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