| 研究課題/領域番号 |
20H01891
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14030:プラズマ応用科学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
森 伸介 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80345389)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2020年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
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| キーワード | Ammonia synthesis / Plasma chemistry / Pressure swing / Non-thermal plasma / アンモニア合成 / 非熱プラズマ / 圧力スイング / 圧力スイング反応器 / パルス放電 / 沿面放電 / 放電同期 / 非定常操作 / プラズマ / アンモニア / シンクロ放電 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、水素と窒素からなる混合ガスの非熱プラズマを生成させた反応器内で圧力スイングを行い、圧力変動・プラズマ生成・ガス吸排気のタイミングの同期を取ることで、低圧プラズマによる原料分子の解離促進と高圧反応場におけるアンモニア合成および合成したアンモニアの触媒表面からの脱離および反応器からの排気を最適なタイミングで連続的に行うことで、アンモニアを高効率に合成するプロセスの開発を行う。
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| 研究成果の概要 |
圧力スイングプラズマ反応器を作製しアンモニア合成実験を実施した。その結果、圧力を一定値に保った実験では0.23g-NH3/kWhが最大のエネルギー効率であったが、0.39 g-NH3/kWh というエネルギー効率が、0.8～2.3 bar の圧力スイングの条件で得られた。圧力スイングシステムでは、プラズマ入力パワーの増加とともにアンモニア生成量は飽和し、逆に、プラズマ投入電力を減少させても、生成されるアンモニア量は大きく減少しなかった。その結果、2.0g-NH3/kWhという最高のエネルギー効率は、0.4～1.2barの圧力スイングシステムで試験した最小プラズマ投入電力条件で得られた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究において、圧力スイングをさせながらプラズマ中でアンモニア合成をすることで、アンモニアの合成速度およびアンモニア合成のエネルギー効率が大幅に向上することが示された。また、その反応メカニズムについて、推論を行った。これらの結果は、プラズマを利用しない反応システムに対しても応用される研究成果であり、触媒を用いた反応システムに対しても応用できる可能性が示唆されており、また、アンモニア以外の反応システムに対して適応することも可能であることから、本研究成果の学術的意義および社会的意義は大きいと言える。
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