機械的及び電気化学的キャビテーションによる高効率水素生成・吸蔵技術の開発

• 研究課題/領域番号: 16K06029
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 山陽小野田市立山口東京理科大学
• 研究代表者: 吉村 敏彦 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 教授 (20353310)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 機能性キャビテーション / 高温高圧キャビテーション / 光触媒 / 水素吸蔵材料 / 水素 / 狭隘ノズル / ウォータジェットキャビテーション / 超音波キャビテーション / 高温高圧マイクロジェット / 超高温高圧キャビテーション / 光触媒材料 / ウォータージェットキャビテーション / 材料加工・処理 / 触媒・化学プロセス / 再生可能エネルギー

研究成果の概要

水中で高圧水を噴射するとウォータージェットキャビテーション(WJC)気泡が発生します。このWJC気泡に超音波を照射すると、機能性キャビテーション(MFC)気泡になります。このMFC気泡は高温(数千℃)・高圧(数万気圧)であり、材料表面を高温高圧加工することができます。本研究では、MFCの加工能力を高め、このMFCを用い、太陽光をあてると水が分解して水素(クリーンエネルギー)を効率よく発生することができる光触媒材料を作製しました。さらに、MFC加工により水素を多量に溜め込むことができる水素吸蔵材料を作製しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

水中で発生し、圧力と温度が非常に高い泡を用いた材料加工法（機能性キャビテーション:MFC）法は、本研究の代表者が世界に先駆けて開発した技術です。本研究では、MFC気泡の加工能力を更に高め、将来の水素社会で必要とされる、クリーンエネルギー水素を効率良く発生させ、多量に貯蔵できる材料を作製しました。また、大型MFC加工装置に加えて小型MFC加工装置を開発したため、従来行ってきた金属等の機械材料の機能を高めることに加えて、粉末加工、分子構造の変更など、化学やバイオ等の幅広い分野へ応用することができるようになりました。

研究成果

• [雑誌論文] Micro-Forging and Peening Aging Produced by Ultra-High-Temperature and Pressure Cavitation (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Yoshimura, Masataka Ijiri, Daichi Shimonishi, Kumiko Tanaka
  • 雑誌名: International Journal of Advancements in Technology 巻: 10 ページ: 1-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multifunction cavitation technology to improve the surface function of Al - Cu alloy (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Ijiri, D. Shimonishi, S. Tani, N. Okada, M. Yamamoto, D. Nakagawa, K. Tanaka, T, Yoshimura
  • 雑誌名: International Journal of Lightweight Materials and Manufactur 巻: 2 ページ: 50-56
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-Forging and Peening Aging Produced by Ultra-High-Temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura, M. Ijiri, D. Shimonishi, K. Tanaka
  • 雑誌名: International Journal of Advancements in Technology 巻: 10 ページ: 1-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Estimation of Bubble Fusion Requirements during High-Pressure, High-Temperature Cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura, H. Yoshiya, K. Tanaka, M. Ijiri
  • 雑誌名: International Journal of Advancements 巻: 9 号: 03 ページ: 1-9
  • DOI: 10.4172/0976-4860.1000206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nano-level Material Processing by Multifunction Cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura Toshihiko、Tanaka Kumiko、Yoshinaga Naoto
  • 雑誌名: Nanoscience &Nanotechnology-Asia 巻: 8 号: 1 ページ: 41-54
  • DOI: 10.2174/2210681206666160922164202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] New metal surface produced by ultra-high-temperature and pressure cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura, M. Ijiri, D. Shimonishi, K. Tanaka
  • 学会等名: BHR Group 2018 Water Jetting, British Manchester
  • 国際学会
• [学会発表] Development of water-jet nozzle for ultra-high temperature and pressure cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura, M. Ijiri, D. Shimonishi, K. Tanaka
  • 学会等名: BHR Group 2018 Water Jetting, British Manchester
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of bubble fusion requirements during high-pressure, high-temperature cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura, M. Ijiri, D. Shimonishi, K. Tanaka
  • 学会等名: The 21st International Conference for Condensed Matter Nuclear science, Fort Collins, CO USA
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of bubble fusion requirements during high-pressure, high-temperature cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Yoshimura, Hiroyuki Yoshiya, Kumiko Tanaka, Masataka Ijiri
  • 学会等名: The 21st INTERNATIONAL CONFERENCE FOR CONDENSED MATTER NUCLEAR SCIENCE
  • 国際学会
• [学会発表] New metal surface produced by ultra-high-temperature and pressure cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Yoshimura, Masataka Ijiri, Daichi Shimonishi, Kumiko Tanaka
  • 学会等名: The 24th International Conference on Water Jetting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of water-jet nozzle for ultra-high temperature and pressure cavitation (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Yoshimura, Masataka Ijiri, Daichi Shimonishi, Kumiko Tanaka
  • 学会等名: The 24th International Conference on Water Jetting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Material processing by mechanical-electrochemical cavitation (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura , K. Tanaka , N. Yoshinaga
  • 学会等名: The 23rd International Conference on Water Jetting 2016
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 年月日: 2016-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of bubble fusion requirements during mechanical-electrochemical cavitation (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura , H. Yoshiya, N. Tanaka
  • 学会等名: The 23rd International Conference on Water Jetting 2016
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 年月日: 2016-11-15
  • 国際学会
• [図書] An overview of droplet impact erosion, related theory and protection measures in steam turbines (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomasz Linek, Zbigniew Pedzich, Masataka Ijiri, Toshihiko Yoshimura, Mansoor Ahmad, Marko Hocevar, Ce Guo, Milos Muller, Dmitriy Tselischev, Abdulhameed Al-Hashem, Tieshu Fan, Arash Nayebzadeh, Shengqiang Ma, Coda Pan, et al.
  • 総ページ数: 29
  • 出版者: IntechOpen
• [備考] キャビテーション加工技術の高度化と工業的応用
  • URL: http://www.tusy.ac.jp/uploads/images/tusy_profile_11.pdf