| 研究課題/領域番号 |
22K04958
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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30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
村岡 道弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (10785554)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | ガスハイドレート / キネティックインヒビター / 動的阻害剤 / 一方向凝固法 / フローアシュアランス / 阻害剤 / 相乗剤 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
天然ガスの輸送配管内でのガスハイドレート生成に起因する事故防止のためには、動的ガスハイドレート生成阻害剤(KHI)を添加することが有効な対策である。しかしながら、KHIの作用機構は未解明であり、新規KHI開発は経験的な勘に頼っており限界がある。申請者は、結晶学的な実験手法である一方向凝固法をKHIの評価に応用した独自の手法を開発し、作用機構の解明を進めてきた。この結果、解明のためには超低速実験の必要性が明らかになった。本研究では、超低速実験により未解明であるKHIの作用機構を解明する。これにより、有望なKHIの設計等が可能になると考える。以上により、新規KHI開発の飛躍的加速を達成する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、超低速の一方向凝固実験により、未解明である動的阻害剤(Kinetic Hydrate Inhibitor, KHI）の作用機構を解明する。これにより、有望なKHIの効率的選定、デザイン等が可能になると考える。また、弱いKHIは強いKHIと混ぜると、阻害効果を強める相乗剤として働くことが経験的に知られている。超低速実験と、高速実験の双方により、この相乗剤の作用機構も解明する。本研究により、弱いKHIと強いKHIの最適な混合比が理論的に計算できるようになると考える。以上により、新規KHI開発の飛躍的加速を達成する。
2023年度は、KHIとしてPVCapを用いて、添加濃度0.25 wt%、結晶成長速度0.002 μm/sの超低速での実験を2ヶ月かけて実施した。結果として、この超低速度でもPVCapは有効に結晶成長を阻害しており、期待していた阻害効果の消失は確認できなかった。次はより低速な結晶成長速度0.001 μm/sの実験を予定している。
弱いKHIと、強いKHIを混合し、相乗剤の作用機構を解明するための一方向凝固実験を実施し、阻害効果の結晶成長速度依存性を調べた。この結果、強いKHIは低速の速度領域で有効に機能するが、高速では阻害効果が消失した。反対に、弱いKHIは高速の速度領域で有効に機能するが、低速では阻害効果が消失した。強いKHIと弱いKHIを混合すると、低速から高速まで、単体での使用時より広い速度領域で結晶成長を阻害した。この実験結果を元に、弱いKHIが相乗剤として働く機構を提案した。本研究の成果として、2024年1月19日にアメリカ化学会の出版する学術誌Energy & Fuelsへ筆頭論文を投稿し、2024年5月7日に受理された。また、国際学会1件（2023年7月、筆頭、口頭発表）の発表を行った。
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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
2023年度は、KHIとしてPVCapを用いて、添加濃度0.25 wt%、結晶成長速度0.002 μm/sの超低速での実験を2ヶ月かけて実施した。結果として、この超低速度でもPVCapは有効に結晶成長を阻害しており、期待していた阻害効果の消失は確認できなかった。このように、超低速実験でのデータの取得に成功している。2024年度はより低速な結晶成長速度0.001 μm/sの実験を予定している
弱いKHIと、強いKHIを混合し、相乗剤の作用機構を解明するための一方向凝固実験を実施した。これまでの実験結果を総括することで、弱いKHIが相乗剤として働く機構を提案した。本研究の成果として、2024年1月19日にアメリカ化学会の出版する学術誌Energy & Fuelsへ筆頭論文を投稿し、2024年5月7日に受理されている。また、国際学会1件（2023年7月、筆頭、口頭発表）の発表を行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度は、超低速実験用一方向凝固装置によりPVCapの実験データを蓄積することで、臨界成長速度を決定し、理論予想値との定量比較を実施する予定である。これにより、KHIの阻害メカニズムを解明できると考えている。また、2023年度は弱いKHIと、強いKHIを混合し、相乗剤の作用機構を解明するための一方向凝固実験を実施し、実験結果を総括することで、弱いKHIが相乗剤として働く機構を提案した。ただし、2023年度の実験結果は高速成長実験に伴って発生した大きな潜熱の影響により、評価誤差が大きいという問題があった。2024年度は実験系を改良することで、発生潜熱を小さくし、高精度な評価データの蓄積を目指す。
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