| 研究課題/領域番号 |
20K04953
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
益田 晶子 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (10322679)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | ブラックカーボン / 舶用機関 / 排ガス分析 / 凝集体 / フラクタル次元 / 光吸収 / 光吸収特性 / 構造 / 結合様式 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、燃料源が多様化することも踏まえ、系統的に飽和炭化水素分/不飽和炭化水素分の比率を変えた試験燃料を用い、噴霧径と密接に関連する燃料の動粘度、密度といった物性をおさえたうえで燃焼試験を行い、ブラックカーボン(BC)の排出量、粒径、構造との関係を明らかにする。また燃料油や潤滑油由来の有機炭化水素やサルフェートによってBCが被覆されると、光吸収が増大することが知られている。そこで試験燃料に潤滑油や含硫黄炭化水素を添加して燃焼させ、BC粒子被覆のメカニズムを解明する。
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| 研究実績の概要 |
ディーゼル機関排ガス中のブラックカーボン（BC)の光吸収に影響を与える因子のひとつとして、BC自体の炭素構造がある。これまで、ディーゼル機関排ガス中のBCを捕集し、走査電子顕微鏡(SEM)で観測したところ、燃料油の種類やエンジン運転負荷率に依存して構造が変わることが明らかになった。硫黄分の異なる重油、低硫黄燃料油（硫黄分<0.50%、VLSFO）、超低硫黄燃料油（燃料油中硫黄分＜0.10％、ULSFO）を用いて４－ストロークの中速エンジンを運転し、BC排出量を比較した。その結果、エンジン負荷率の高い条件では、燃料油によるBC排出量の差はほとんどなかったが、低負荷率ではVLSFOがULSFOよりもBC排出量が多いことが明らかになった。一般にアロマ分が多いとBC排出量が多いとされているため、燃料油の組成分析を行ったところ、芳香族分、レジン分、アスファルテン分といった、いわゆるアロマ分の比率は、VLSFOが約25％、ULSFOが約30%だった。つまり、アロマ分のみではVLSFOのBC排出量の増加を説明することができないことがわかった。そこで、元素分析でH/C比を比較したところ、VLSFOの方が低く、これは、アロマ分以外に不飽和炭化水素が多いことを示している。BCの排出に影響する燃料中の成分を特定するため、ガスクロマトグラフィー/質量分析装置を用いて、燃料中の炭化水素成分の分析を行った。その結果、VLSFOはULSFOより、より長い直鎖飽和炭化水素を含んでいるほか、多環芳香族炭化水素について、より高次に縮合した成分の含有量も多いことがわかった。このような燃料油中の炭化水素構造の違いがBC排出量および炭素構造に反映されていることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
業務過多のため、計画どおりの研究が遂行できなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
1年間、研究期間を延長し、燃料の動粘度、密度といった物性を抑えたうえで燃焼試験を行い、BCの排出量、粒径、構造との関係を明らかにする。また燃料油や潤滑油由来の有機炭化水素やサルフェートによってBCが被覆されると、光吸収が増大することが知られている。PM
捕集と成分分析を行い、有機炭化水素量、サルフェート量が異なるときに、計測原理の異なる分析法で計測値が異なるか確認する。
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