| 研究課題/領域番号 |
23K04485
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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27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
古澤 毅 宇都宮大学, 工学部, 教授 (50375523)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | CO2水素化 / Fe触媒 / C5+炭化水素 / 膜反応器 / 水分離膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
CO2水素化によってC5+炭化水素を生成する反応に関して，素過程である逆水性シフト（RWGS）反応とFischer-Tropsch反応（FT合成）に共通する副生成物（H2O）を選択的に引き抜くことで，熱平衡によって支配されるRWGS反応の平衡をシフトし，速度論によって支配されるFT合成を促進する。すなわち，RWGS反応およびFT合成へ高活性を示すFe系触媒と水選択分離膜から構成される膜反応器を用いて，CO2水素化によるガソリン留分・ジェット燃料留分の製造において既報を遥に超える高いCO2転化率とC5+選択率を達成する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では触媒と水分離膜から構成される膜反応器を用いて，CO2水素化にて副生する水分を膜分離しつつ，未透過側にてC5+炭化水素（ガソリン留分）を高収率で得ることを目標としている。
2023年度は研究目的に記載した第1項「既報のFe触媒などを調製し，反応温度・反応圧力・H2/CO2比・GHSVを変更した場合の反応活性結果を速度論的解析し，逆水性シフト反応およびフィッシャー・トロプシュ合成反応の速度式を立式する」に注力することとした。
2023年度の成果として「既報のFe触媒などを調製し，物性評価結果より既報と同様の触媒であることを確認」「高圧下でのCO2水素化反応も可能となる装置へと改良」「反応圧力・H2/CO2比・GHSV・反応温度を変更した場合のCO2水素化反応の実施」が挙げられるが，いずれの反応条件においても逆水性シフト反応に伴う副生水の生成は確認できているものの，直鎖炭化水素の生成量はごくわずかな状況である。GC-FIDにて分析した結果，C5～C8留分，C10～C16留分，C24以上の留分にピークを確認したが，GC-Mass分析と照合しての定性・定量分析には至っていない状況である。従って，速度論的解析による各反応の速度式の立式は達成していない。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
高圧下でのCO2水素化反応が可能となる装置への改良に時間を要し，各反応条件を変更した場合のCO2水素化反応の検討が遅れている点と、既報とほぼ同じ条件で実施しているにも関わらず再現が取れていない点、が「進捗状況がやや遅れている」原因である。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず，既報を再精読し異なる条件（例えば，触媒の前処理条件）を見出し，全く同じ条件での再現性試験を実施する。次に，CO2水素化反応で生成する炭化水素類の定性・定量分析が可能となるよう分析手法を確立する。これらを改善した上で，改めて反応温度・反応圧力・H2/CO2比・GHSVを変更した場合のCO2水素化反応活性結果を取得し，速度論的解析を実施する。また同時に，水分離膜に関する検討を開始し，まずはCO2+H2+H2O+モデル炭化水素流通下においてH2Oのみを選択的に分離可能であるか否かを検証する。
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