| 研究課題/領域番号 |
20K20548
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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27:化学工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
阿尻 雅文 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (60182995)
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| 研究分担者 |
成 基明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任助教 (30747259)
笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80583351)
横 哲 東北大学, 材料科学高等研究所, 講師 (80807339)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023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)
2022年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2021年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2020年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
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| キーワード | 水の熱化学分解 / 水素生成 / 低温熱利用 / 産業排熱 / 地熱 / ケミカルループ / 反応場分離 / 超臨界ナノ工学 / CeO2 / 酸素キャリア / 低温排熱利用 / 酸素貯蔵放出 / 超臨界水熱法 / 水素製造 / 低温廃熱 / Water-Splitting / 界面 / 未利用熱 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、地熱エネルギーや産業からの低温未利用熱を利用したケミカルルーピングプロセスによる、水の熱分解水素および酸素生成を主目的とする。すでに見出された低温で4桁近くも大きな酸素移動現象は、高温超電導にも匹敵するインパクトの大きな発見である。この低温酸素移動発現の原理解明を行いつつ、超臨界法による巨大酸素貯蔵能キャリア開発を行う。最終的には、ケミカルルーピングによる低温Water Splittingを実験的に実証し、本プロセスの可能性を評価する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、低温排熱を利用した水の熱化学分解を想定し、反応場分離による水の分解反応を検討した。反応場分離プロセスを成立させるためには酸素キャリア（M(O)）が必要である。東北大学発の技術である超臨界法により、低温（200～500 °C） において、従来の金属酸化物と比較し、4桁近くも大きな酸素貯蔵能（OSC）を有するナノ材料が見出されており、上記プロセスへの酸素キャリアとしての利用可能性が示された。本研究では、低温排熱の利用による水の熱化学分解の可能性調査とそのための高性能酸素キャリア開発を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、地熱や産業排熱などの効率的な利用による水分解により、水素と酸素を分離して回収するプロセスの開発を検討した。そのプロセスを実現するための酸素キャリアとして金属酸化物のナノ材料の合成を行い、200～500 °Cで高活性な酸素キャリアを複数見出した。これはナノサイエンスの分野で大きな成果である。反応場分離による水の熱化学分解についてその概念実証に取り組み、現状800～1000 °Cの領域ではあるがその可能性が見出された。今後は、さらなる低温化や水素および酸素の生成量の増加を目指して、プロセス開発を進めていくことが期待される。
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