| 研究課題/領域番号 |
22H00570
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分64:環境保全対策およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
則永 行庸 名古屋大学, 未来社会創造機構, 教授 (00312679)
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| 研究分担者 |
町田 洋 名古屋大学, 未来社会創造機構, 准教授 (60589422)
平山 幹朗 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (50908374)
福本 一生 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任助教 (40530746)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
33,280千円 (直接経費: 25,600千円、間接経費: 7,680千円)
2024年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2023年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
2022年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
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| キーワード | 反応工学 / サーキュラーエコノミー / ガス化 / 反応速度 / 速度モデル / 硫黄化合物 / バイオマス / 循環型社会 / 廃棄物利用 / 反応速度論 / 反応速度モデル / 素反応シミュレーション / 有機廃棄物 / 炭素循環 / リサイクル / 熱化学転換 / プロセス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有機廃棄物（林地残材、農業廃棄物、可燃ごみ、廃プラスチック等）のエネルギー・物質
リサイクルの限界までの高効率化を実現するために、廃棄物熱化学転換特性を高精度に机
上予測するための「複雑反応解析基盤」を確立する。多種多様な廃棄物原料の熱化学転換反応を統一的に予測できる反応速度モデルを構築する。次いで、詳細な化学反応と伝熱・流動数値解析を統合した反応器内現象の高精度シミュレーションによって、現象を深層まで理解する手法を確立する。さらに、この従来型の順解析の追究がもたらす反応器内現象の通暁を逆解析し、最適反応器設計のための工学的手法へと止揚させる。
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| 研究実績の概要 |
化石資源から製品を生み出す、いわゆる動脈産業に対し、役目を終えた製品を再利用・再生する静脈産業の高度化は、循環型社会を形成する上で必須である。有機廃棄物のエネルギー・物質リサイクルにおいて、ガス化による合成ガス製造を含む熱化学転換プロセスはコア技術となる。カーボンニュートラル資源である林地残材等のバイオマスを原料とし、プロセスで生成する高濃度CO2の分離回収と組み合わせれば、カーボンニュートラルを超えたネガティブカーボンエミッション技術にもなる。地球規模の課題である脱炭素化に向けては、熱化学転換の技術革新による限界までの高効率化が求められる。
しかし、多様な有機廃棄物の統一的理解に基づくプロセス設計法は、未確立であり、技術開発を阻害している。これらの熱化学反応では、数多の化学反応が並列・逐次的に進行する。従来、このような複雑反応を記述するために、複雑混合物である原料や中間生成物を物質群として認識するランピングモデルが用いられてきた。しかし、従来法は、プロセスに応じた反応特性を容易に記述できる利便性がある反面、速度因子はフィッティングによって推定されるため、汎用性がないという致命的な問題があった。
このような現状を打破するために、本研究では、これらを統一的に扱うことができる「素反応データベースを活用した反応速度モデリング法」を有機資源熱化学転換プロセス開発に応用することを目指している。
本年度は、固体炭素燃料ガス化・燃焼炉内における、微量だが連続運転および環境保全上重要な排出物となる硫黄酸化物の反応特性に関する研究を展開し、企業との連携につなげるとともに、化学工学会「研究賞」も受賞できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究を含む、有機炭素資源の熱化学反応解析の一連の研究が評価され、2023年度化学工学会「研究賞」を「素反応データベースによる超多成分複雑反応解析の有機資源熱化学転換プロセス開発への応用に関する研究」という題目で受賞した。
加えて、企業の協力が得られ、「詳細反応機構を用いた還元ガス中硫黄化合物の予測技術開発」の共同研究を実施し、還元雰囲気下での、硫黄化合物の反応特性に関する研究が、実験面及び数値解析面で大きく進展した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまで得られた成果をベースに、多様な有機資源の熱化学転換プロセス開発における実用上の課題解決の手段として適用できるレベルにまで、手法の完成度を高めていく。特にバイオマス、廃プラ由来熱分解油の転換反応における炭素・水素・酸素の主要ケミストリーに加えて、ハロゲン・アルカリ金属・硫黄・窒素等の触媒プロセスへクリティカルなインパクトを及ぼす微量成分ケミストリーの解明とプロセス課題解決への活用を志向したい。
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