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Nanobubbles as inhibitors of corrosion and scaling in geothermal fluid

Research Project

Project/Area Number 21K14576
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

KIOKA Arata  九州大学, 工学研究院, 助教 (80864040)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsウルトラファインバブル / ナノバブル / 腐食 / スケール / グリーンインヒビター / 炭酸カルシウム / トライボロジー / シリカ
Outline of Research at the Start

地熱発電は再生可能エネルギーとして注目されており、国内での地熱発電所の多くが九州地方に集中しているが、発電所施設の金属配管等での腐食やスケール付着が大きな問題となっている。腐食やスケール抑制を目指した添加薬剤や配管材料導入に関する研究は進んでいるが、環境やコスト的な面から有効な手段は未確立のままである。本研究では、室内・屋外実験と数値シミュレーションを駆使して、環境に優しく低コストで導入可能である超微小気泡のウルトラファインバブル(ナノバブル)が、地熱流体による腐食やスケール付着を抑制できるかどうかを理解することを目的とする。

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to understand whether ultrafine bubbles (nanobubbles), presenting a low-cost and environmentally friendly additive, can inhibit the corrosion and calcium carbonate scale deposition caused by geothermal fluids, mainly through laboratory and on-site experiments. This study found (A) air ultrafine bubbles can inhibit calcium carbonate crystal growth, and the inhibition effectiveness of crystal growth depends on the bubble number density, (B) air ultrafine bubbles can reduce corrosion in considerably corrosive environments, such as in low pH high-temperature fluids and jet impingement, and (C) air ultrafine bubbles can reduce both friction and lubrication of water flow depending on the surface roughness of solid materials.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地熱発電は再生可能エネルギーとして注目されており、国内での地熱発電所の多くが九州地方に集中しているが、発電所施設の金属配管等での腐食や炭酸カルシウム・シリカなどのスケール付着が大きな問題となっている。腐食やスケール抑制を目指した添加薬剤や配管材料導入に関する研究は進んでいるが、環境やコスト的な面から有効な手段は未確立のままであった。本研究成果は、地熱分野やウルトラファインバブル関連分野において全く新しい研究結果であり、今後の地熱分野やウルトラファインバブル関連分野に重要な知見をもたらした。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (3 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] コロラド鉱山大学(米国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Colorado School of Mines(米国)

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Nanobubbles as friction modifier2022

    • Author(s)
      Nakagawa Masami、Kioka Arata、Tagomori Ken
    • Journal Title

      Tribology International

      Volume: 165 Pages: 107333-107333

    • DOI

      10.1016/j.triboint.2021.107333

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Air nanobubbles retard calcite crystal growth2022

    • Author(s)
      Tagomori Ken、Kioka Arata、Nakagawa Masami、Ueda Akira、Sato Kenji、Yonezu Kotaro、Anzai Satoshi
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      Volume: 648 Pages: 129319-129319

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2022.129319

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Theoretical and experimental perspectives in utilizing nanobubbles as inhibitors of corrosion and scale in geothermal power plant2021

    • Author(s)
      Kioka Arata、Nakagawa Masami
    • Journal Title

      Renewable and Sustainable Energy Reviews

      Volume: 149 Pages: 111373-111373

    • DOI

      10.1016/j.rser.2021.111373

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ウルトラファインバブルを用いた結晶成長・金属腐食・トライボロジー制御2023

    • Author(s)
      喜岡新
    • Organizer
      2022年度 物質科学研究討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ナノバブルによる固液界面トライボロジー現象制御2022

    • Author(s)
      岸本嵩生
    • Organizer
      日本混相流学会混相流シンポジウム2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 腐食・スケールのグリーンインヒビターとしてのナノバブル技術2022

    • Author(s)
      喜岡新
    • Organizer
      日本混相流学会混相流シンポジウム2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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