エクセルギー再生ガス化とインテグレーションした超高効率SOFC発電システムの開発

• 研究課題/領域番号: 15H04250
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堤 敦司 東京大学, 生産技術研究所, 特任教授 (00188591)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2016年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2015年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: マイクロチューブ型SOFC / 循環流動層ガス化炉 / エクセルギー再生 / バイオマスガス化 / タール改質 / エネルギー生成・変換 / SOFC / 石炭ガス化 / 循環流動層 / マイクロチューブ型

研究成果の概要

マイクロチューブ型SOFCとバイオマス流動層ガス化炉を組み合わせたエクセルギー再生高効率発電システムの開発を行った。多段ディップコーテイング法を用いて、イナートおよびカソード支持のSOFCを製作し、ポアフォーマー、焼結助剤の添加、材料粒子の粒径などによりマイクロ構造を制御し、高性能化できることがわかった。また、タールのモデル物質としてトルエンを用いて、熱分解および水蒸気改質の反応機構について調べた。その結果、改質触媒存在下で水蒸気を導入した場合は、ほとんど改質できることがわかった。また、移動層熱分解炉、気泡流動層ガス化炉及びライザーからなる内部循環流動層ガス化炉を設計し製作した。

研究成果

• [雑誌論文] Lowering the co-sintering temperature of cathode-electrolyte bilayers for micro-tubular solid oxide fuel cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi , Bokkyu Choi , Yanhai Du , Atsushi Tsutsumi
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: 43 ページ: 10698-10707
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct methane operation of a micro-tubular solid oxide fuel cell with a porous zirconia support, (2017)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, Atsushi Tsutsumi,
  • 雑誌名: Journal of Solid State Electrochemistry, 巻: 21 号: 1 ページ: 255-262
  • DOI: 10.1007/s10008-016-3366-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance improvement and redox cycling of a micro-tubular solid oxide fuel cell with a porous zirconia support (2015)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, and Atsushi Tsutsumi,
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 40 号: 33 ページ: 10588-10595
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.06.129
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Novel Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cell with a Porous Zirconia Support for Intermediate-Temperature Operation (2015)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, and Atsushi Tsutsumi,
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 68(1) 号: 1 ページ: 2259-2265
  • DOI: 10.1149/06801.2259ecst
• [雑誌論文] Fabrication and Evaluation of a Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cell with an Inert Support Using Scandia-Stabilized Zirconia Electrolyte (2015)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, and Atsushi Tsutsumi,
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 162(14) 号: 14 ページ: F1555-F1560
  • DOI: 10.1149/2.1031514jes
  • 査読あり
• [学会発表] Paradigm Shift in Energy Science and Technology (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: ITSC Future Energy and Technologies, June 14, Astana, Kazakhstan (2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bioenergy for Mitigation of Global Warming, 130th Anniversary of Japan-Thailand Diplomatic Relations (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: 4th JASTIP Symposium, “Biomass to Energy, Chemicals and Functional Materials”, July 3-4, Rangsit, Thailand (2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of steam reforming of tar for integrated exergy recuperative biomass gasification and SOFC system (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kobayashi, Yasuki Kansha, Masanori Ishizuka, Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: 16th International Conference on Sustainable Energy Technologies (SET2017), Jul. 17-20, Bologna, Italy (2017)
  • 国際学会
• [学会発表] An Innovative Hydrogen and Power Coproduction System Using Integrated Exergy Recuperative Biomass Gasification and SOFC (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tsutsumi, Masanori Ishizuka, Kaduo Tsutsumi, Tomohiro Ishizuka
  • 学会等名: 2017 AIChE Annual Meeting, 285e, October 29-November 3, 2017, Minneapolis, MN, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Green Energy Innovation for Sustainable Society (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: 2nd SATREPS Conference, November 16-17, 2017, Mokushitsu Hall, Kyoto University (2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] エクセルギー再生バイオマスガス化－SOFC 発電システムにおけるタール改質の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林健児, 石束真典, 苷蔗寂樹, 堤敦司
  • 学会等名: 日本エネルギー学会, 名古屋, pp. 274-275, 2017年8月1 -2日
• [学会発表] エクセルギー再生バイオマスガス化ーSOFCシステムによる水素と電力のコプロダクション (2016)
  • 著者名/発表者名: 堤敦司、D. Panthi、石束真典、堤香津雄、石塚朋弘
  • 学会等名: 第22回流動化・粒子プロセッシングシンポジウム、第12回反応装置・プロセスシンポジウム,
  • 発表場所: 東京大学駒場リサーチキャンパス(東京大学生産研究所)
  • 年月日: 2016-12-08
• [学会発表] Low-Temperature Sintering of Cathode-Supported Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cells Using Sintering Aids (2016)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: 2016 AIChE Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA (2016)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication and Characterization of Strontium-Doped Lanthanum Manganite Cathode Supports for Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi and Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science (PRiME 2016),
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2016-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Integrated Exergy-Recuperative Coal Gasification and Solid Oxide Fuel Cell System for Hydrogen and Power Coproduction (2016)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi,
  • 学会等名: 15th Coproduction Workshop
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-01-29
• [学会発表] Paradigm Shift in Energy Science and Technology from Energy Cascading to Exergy Recuperation, (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: 15th International Conference on Sustainable Energy Technologies (SET 2016)
  • 発表場所: Singapore
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Operation of micro-tubular solid oxide fuel cells with a porous zirconia support on methane fuel (2015)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, and Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: European Fuel Cell Technology & Applications Piero Lunghi Conference - EFC15
  • 発表場所: ROYAL CONTINENTAL, Naples, Italy
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] A Novel Integrated Exergy Recuperative Coal Gasification and SOFC System (S-IGFC) for Hydrogen and Power Coproduction Using Triple-Bed Combined Circulating Fluidized Bed (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: 2015 AIChE Annual Meeting (Particle Technology Research in the Asia Pacific Region: From Fundamentals to Applications in Energy, Material Synthesis & Processing, and Environmental Sustainability II)
  • 発表場所: Salt Palace Convention Center, Salt Lake City, UT, USA
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integration of solid oxide fuel cell stacks with coal steam gasification for a highly efficient power generation system (2015)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, and Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: The 2015 International Conference on Coal Science and Technology (ICCS&T)
  • 発表場所: Melbourne Convention and Exhibition Centre, Melbourne, Australia
  • 年月日: 2015-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] A novel micro-tubular solid oxide fuel cell with a porous zirconia support for intermediate-temperature operation (2015)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, and Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: ECS Conference on Electrochemical Energy Conversion & Storage with SOFC-XIV
  • 発表場所: Scottish Exhibition and Conference Centre, Glasgow, Scotland
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会