新規燃料の可能性を探る

• 研究課題/領域番号: 23K03705
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• 研究代表者: 安永 健治 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 准教授 (10523128)
• 研究分担者: 田中 光太郎 茨城大学, 応用理工学野, 教授 (10455470) ; 山中 信敬 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 助教 (70868778)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2028-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2027年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円); 2026年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 生成物分析 / 着火遅れ時間 / 燃焼反応モデル / 衝撃波管 / 急速圧縮機 / バイオマス燃料 / カーボンニュートラル

研究開始時の研究の概要

バイオマス由来のC5単糖を経由して種々の燃料が合成される。これらの化合物の燃料としてのポテンシャルを評価するためには、詳細燃焼反応モデルが必須である。実験的には、急速圧縮機(低温高圧実験)と衝撃波管(高温低圧高圧実験)を用いて、大気圧から10気圧以上の高圧条件下で、低温から高温までの着火遅れ時間と熱分解生成物分布を取得する。幅広い温度と圧力領域と着火および反応生成物をカバーした実験をベースとした反応モデルを構築し、着火のタイミングや燃焼排出物の予測までを可能とする幅広い用途に適用可能な燃焼反応モデルの提供を目的とする。

研究実績の概要

当該研究は、バイオ燃料から生成されるフルフラールとその誘導体であるフルフリルアルコール、フルフリルエーテル、レブリン酸アルキルの燃焼反応モデルの構築・検証を目的としている。２０２３年度には、衝撃波管及び急速圧縮機を用いてフルフラールの熱分解生成物分析と、着火遅れ時間のデータを得ることが出来た。得られたデータを解析するために、現在確認できている３つの反応モデル(モデル１:Jin et al., Combustion and Flame 226, 2021, 2008, 211-210, モデル２: The CRECK Modeling Group, C1-C16 HT+LT mechanism (Version 2003, March (2020)), モデル３: Tran et al., Combustion and Flame 181, 2017, 251-269)の検証を行った。モデル３は、フルフラール単分子分解の主反応経路が記述されていないため、シミュレーションの対象外とした。反応モデル１と２を用いたシミュレーションは、実験結果を十分に再現できておらず、共通して以下に示す２つの問題があることが明らかになった。１つめは、熱力学データの記述である。熱力学データは温度(T)の多項式関数として表現されるが、上述の２つのモデルでは特定の温度で関数の連続性が保たれていない。このため、シミュレーションに不具合を生じている。２つめは、高温でのフルフラールの分解が過小評価されていることである。このように、実験結果をベースに既存の反応モデルの問題点を明らかにすることが出来た。

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

２０２３年度は、実験では、衝撃波管を用いたフルフラールの生成物分析及び急速圧縮機を用いた着火遅れ時間を測定することを予定した。また、反応モデルの構築・検証では、フルフラールの燃焼反応モデル構築に着手することを目的としていた。実験、反応モデルの構築共に予定通り進んでいるため研究はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

研究は順調に進行しており、当初の計画通りに進める予定である。