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酸素の高回収率を目指した二酸化炭素電解を用いた空気再生の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K04566
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

桜井 誠人  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究領域主幹 (80344258)

研究分担者 後藤 琢也  同志社大学, 理工学部, 教授 (60296754)
金久保 光央  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70286764)
島 明日香  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (80570035)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード空気再生 / CO2電解 / イオン液体 / 炭素製造 / 生命維持技術 / 二酸化炭素電解 / 宇宙
研究成果の概要

本研究ではイオン液体中のCO2の電気分解による炭素生成を利用して酸素を抽出し低温でCO2を電解する可能性を調査した。イオン液体をCO2ガスで飽和させるために、CO2ガスを1気圧でイオン液体に導入した。[DEME] [TFSI]と[BMIM] [BF4]の25:75 mol%の混合物中でのサイクリックボルタンメトリーの結果から、-0.5V以上の負電位で還元電流が観測された。電流は溶融物中のCO2の電気化学的還元に対応すると考えられた。-0.8V~-1.0Vの範囲で定電位電解を行い、得られた試料をSEMおよびEDSを用いて測定した。その結果-1.0Vで電気分解して得られた試料中に炭素が検出された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙船では資源が非常に限られており、呼吸に消費される酸素も再生が必要である。サバチエ反応(CO2+ 4H2→CH4 + 2H2O)を用いた空気再生プロセスでは呼吸に含まれるCO2からO2の約50%しか回収することができない。本研究ではイオン液体中のCO2の電気分解による炭素生成を利用して酸素を抽出し低温でCO2を電解する可能性を調査した。イオン液体は揮発性が極めて低いので、固体吸着剤と同様にガス分離と吸収液の再生が可能である。社会的意義としては温暖化ガスであるCO2をメタンという燃料に変換することによりCO2のリユースの方法となり得る。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 宇宙船における空気清浄化などの技術について2020

    • 著者名/発表者名
      桜井誠人
    • 雑誌名

      空気清浄

      巻: 57巻1号 ページ: 4-9

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] A Guideline for a Sustainable Lunar Base Design for Constructed in Lunar Lava Tubes and Their Vertical Skylights2021

    • 著者名/発表者名
      Masato Sakurai, Asuka Shima, Isao Kawano, Junichi Haruyama, Hiroyuki Miyajima
    • 学会等名
      50th ICES, ICES-2021-186, 12-15 July 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reactor Design for the Sabatier Reaction with a High-Temperature Tolerant Catalyst2021

    • 著者名/発表者名
      Asuka Shima,1 Masato Sakurai, Keiichiro Moriwaki, Miyuki Kobayashi and Takayuki Abe
    • 学会等名
      50th ICES, ICES-2021-168 (2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development status of Oxygen Generation System and Sabatier System for future exploration missions2021

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Yamazaki, Shotaro Futamura, Toshiharu Oka, Satoshi Matsumoto, Asuka Shima, Masato Sakurai and Sogo Nakanoya
    • 学会等名
      50th ICES ICES-2021-181, 12-15 July 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] JSASS宇宙ビジョン2050増補版-月面基地-2021

    • 著者名/発表者名
      桜井 誠人、後藤 大亮、白坂 成功、河野 功、田中 宏明、上野 誠也
    • 学会等名
      3S02,第66回宇宙科学技術連合講演会(2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] JSASS宇宙ビジョン2050増補版 -有人月面基地-2020

    • 著者名/発表者名
      桜井誠人、石濱直樹、水野素子、河野功、上野誠也
    • 学会等名
      宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 宇宙船内の空気再生技術と地球における物質循環2020

    • 著者名/発表者名
      桜井 誠人
    • 学会等名
      新化学技術推進協会 環境技術部会 講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イオン液体中のCO2電解に関する基礎実験2019

    • 著者名/発表者名
      桜井 誠人・島 明日香・後藤 琢也・金久保 光央
    • 学会等名
      化学工学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 宇宙居住用生命維持技術開発2019

    • 著者名/発表者名
      後藤琢也、大平充宣
    • 学会等名
      宇宙環境利用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ISRU に向けた溶融塩電解基礎研究2019

    • 著者名/発表者名
      後藤琢也,鈴木祐太,福中康博
    • 学会等名
      マイクログラビティ応用学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 宇宙機のためのイオン液体によるCO2除去に関する基礎研究2019

    • 著者名/発表者名
      桜井 誠人・島 明日香・金久保 光央・牧野 貴至・梅木 辰也
    • 学会等名
      化学工学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Preliminary study of Absorption / Desorption Process Using Ionic Liquid for CO2 Removal2018

    • 著者名/発表者名
      Masato Sakurai, Mitsuhiro Kanakubo, Takashi Makino, Tatsuya Umecky
    • 学会等名
      ICES
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] イオン液体中 での CO2電解反応 の検討2018

    • 著者名/発表者名
      岩崎和之 ,染谷佳之 ,後藤琢也 ,福中康博,金久保光央 ,桜井誠人
    • 学会等名
      マイクログラビティ応用学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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