極限環境の地球-電気-生命相互作用の再現：二重構造式高温高圧電気化学反応槽の開発
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19K21906
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
山本 正浩 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 研究員 (60435849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鹿島 裕之 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 研究員 (70780914)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 電気化学 / 高温高圧 / 極限環境 / リアクター |
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| Outline of Research at the Start |
地球-生命相互作用の真の理解のためには深海・地殻内に代表される高圧・高温のような極限環境における地球化学・生化学反応の観察が必須である。近年、環境から発生する電気による電気化学的な反応の関与が示されており、高温・高圧下で電気化学を行える実験系の構築が求められている。高温高圧電気化学装置は既に一部の工学分野で利用されているが、複雑な反応系に対応できていない。本研究では、深海研究で培ってきた高温高圧実験技術を応用して二重構造式の新たな仕様の高温高圧電気化学リアクターの開発に挑戦し、既存の実験系では観察できなかった極限環境における様々な地球化学・生化学反応と電気化学反応の融合の再現と観察を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球-生命相互作用の真の理解のためには深海・地殻内に代表される高圧・高温のような極限環境における地球化学・生化学反応の観察が必須である。近年、環境から発生する電気による電気化学的な反応の関与が示されており、高温・高圧下で電気化学を行える実験系の構築が求められている。高温高圧電気化学装置は既に一部の工学分野で利用されているが、複雑な反応系に対応できていない。本研究では、深海研究で培ってきた高温高圧実験技術を応用して二重構造式の新たな仕様の高温高圧電気化学リアクターの開発に挑戦し、既存の実験系では観察できなかった極限環境における様々な地球化学・生化学反応と電気化学反応の融合の再現と観察を目指している。そこで本研究では、極限環境における地球-電気-生命相互作用を実験室で再現するために、高温・高圧下で様々な電気化学反応を起こすことのできる電気化学リアクターを開発することを目的とした。
2020年度までに電気化学リアクターの設計と製造行い、高温高圧環境で電気化学実験を行える環境を整えた。
2021年度においては、180度までの環境でサイクリックボルタンメトリー試験を行い、問題なく高温高圧電気化学実験を行えることを実証した。またシリカ溶液を対象に高温高圧下での電気化学反応の挙動の観察を行った。電気化学による溶液のpH制御によってシリカを効率的に沈殿化させられることが確かめられた。一方で、実際の高温高圧使用において装置の仕様について改善すべき箇所が見出された。今後は装置の改良を行い、より効率的な高温高圧電気化学実験を可能にすることを目指す。
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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
新型コロナウイルス感染症の拡大予防措置の影響により出勤時間の制限があったため、実験の進行が遅れた。そのため1年間の期間延長を行った。これにより遅れ分は取り戻され、概ね予定通り最終年度を迎えるに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
作成したリアクター試作機の改良を以下のように行う。（i）耐圧容器の軽量化、（ii）内圧調整の広範囲化、（iii）内部電気化学セルの安定性の向上、（iv）温度制御機構の簡素化と効率化
改良されたリアクターを用いて、地球-電気-生命の相互作用に絞り極限環境電気化学反応実験を行う。特に、以下の実験を行う。
(1) シリカ化合物の挙動：アルカリ熱水にはシリカイオンが豊富に含まれるためチムニーなどの沈殿物にはシリカ化合物が主成分として含まれると考えられている。これらの化合物が電気化学的にどのような挙動を示すかはチムニーを生命起源のゆりかごと考える上で極めて重要である。
(2)リン酸イオンの挙動：リン酸は地球型生命にとって不可欠な材料であるが生命誕生においてその供給メカニズムは未解明である。熱水環境における電気化学反応が一つの解決案を提示できるか検証を行う。
(3)炭酸固定反応：深海熱水域の二酸化炭素は気体・重炭酸イオン・液体・超臨界・ハイドレート等の状態変化が温度・圧力の小さな変化で容易に起こる。本リアクターでは、二酸化炭素ガスを容器内に圧入しながらの圧力と温度の制御が可能なため、基質である二酸化炭素の種々の状態に応じた電気化学反応が可能で、現場条件での炭酸固定反応の実態を観察できる。
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Report
(3 results)
Research Products
(2 results)
