| 研究課題/領域番号 |
20K20542
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分24:航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小紫 公也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90242825)
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| 研究分担者 |
中野 正勝 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (90315169)
松井 信 静岡大学, 工学部, 准教授 (90547100)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2026-03-31
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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 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2025年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
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| キーワード | エネルギー全般 / 航空宇宙工学 / レーザー / プラズマ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
月面における水の存在の検証と利用のために長期月面滞在が活発に議論されている.そこで、月面に大量に存在するアルミナをレーザーで直接還元し、月面基地用建築資材と生命活動に必要な酸素を獲得することを想定し、還元剤不要なレーザーを熱源とする新たなアルミ製錬法を開発することを目的とする．太陽励起レーザーを使用すれば無限に降り注ぐ太陽光エネルギーを直接利用でき、さらにエネルギー効率が高まれば 、地球上でも①二酸化炭素フリーなアルミ製錬技術として、更には②再生可能エネルギーを輸送・携帯可能な燃料に変換するエネルギーサイクル技術として、あるいは温暖化ガスを発生しない航空機・船舶用燃料としても期待できる．
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| 研究実績の概要 |
(1)レーザーアブレーションによるアルミナロッドの還元：レーザーアブレーション後にアルミナロッド前面に生ずる酸素欠陥アルミナを再アブレーションすることにより、アルミの析出質量が初回アブレーションによるものに比べて約２倍となった。今後実験パラメータを最適化により更なる析出質量増加も期待できる。また、水素雰囲気中でレーザーアブレーションアルミナ還元を行ったところ、アブレーション領域の淵にできた２つの穴の付近に非常に高面積密度でアルミ粒が析出するという、これまでに世界で報告されかことのない現象が観測された。これは溶融状態のアルミナに水素が高速度で溶け込み、酸素欠陥度が高まったのち、酸素と反応して生じた水蒸気が泡となって排出される際に泡の周辺にアルミが取り残されるといった現象が想定される。溶融アルミナ中のアルミ原子の挙動が非常にダイナミックであることを示唆していると考えられる。
(2)レーザーアブレーションによる粉体アルミナの還元：水素雰囲気中でアルミナ還元を行ったところアルミ析出量の増加は見られなかった。発生した水蒸気がアルミを再酸化している可能性がある。一方で、粉体の予加熱によりアブレーション後のアルミ酸素比が向上することが観測され、今後に対する期待が示された。
(3)アルミニウム収量向上のための数値シミュレーション：アルミ回収板付着物の再アブレーションを繰り返すことで、アルミ酸素比が最大１０～１３に至る可能性が示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
世界で初めて観測された水素雰囲気で高密度のアルミ粒生成は工業的なアルミニウム生産につなげられる可能性がある。また、数値シミュレーションに予測によると、アルミナプルームの生成、付着の繰り返しにより回収板付着物のアルミニウム比率が最大で１０～１３まで高まることが示され、実験で再現することができれば今後のアルミニウム回収効率を大幅に向上させることにつながる
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| 今後の研究の推進方策 |
世界で初めて観測された水素雰囲気で高密度のアルミ粒生成を広い領域に広げる方法について、アルミナ材を移動させながらの連続的レーザー照射を組み合わせるなどの工学的アプローチについて検討する。また、アルミナプルームの生成、付着の繰り返しを実験で再現し、実際に高いアルミ酸素比を得ることを試みる。
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