| 研究課題/領域番号 |
23K25033
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03779 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64030:環境材料およびリサイクル技術関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
椿 俊太郎 九州大学, 農学研究院, 准教授 (90595878)
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| 研究分担者 |
藤井 知 沖縄工業高等専門学校, 情報通信システム工学科, 教授 (30598933)
福島 潤 東北大学, 工学研究科, 助教 (80634063)
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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 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | マイクロ波 / バイオマス / 炭素熱還元 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではマイクロ波を用いた精密加熱技術を駆使し、マイクロ波による高温固体反応加速機構を明らかにする。独自開発のマイクロ波 in situ 測定群を駆使して、被照射物に生じる局所的な増強電磁場の形成と反応加速が生じる過程を、高時間分解・高空間分解で実測し、増強電磁場の生成条件と反応加速機構を明らかにする。さらに、マイクロ波増強電磁場を用いてバイオマスによる金属酸化物の炭素熱還元加速を実現する。
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| 研究実績の概要 |
2023年度に開発した5.8GHzマイクロ波装置に加えて、既存の2.45 GHzマイクロ波装置などを用いてバイオマスと金属酸化物のマイクロ波加熱を行うとともに、通常加熱としてTGと比較した。特に、マイクロ波照射時は、H2やCOなどの生成比が高く、H2OやCO2に完全酸化されずに得られることが分かった。さらに、金属酸化物の還元挙動について高エネルギー加速器研究機構PF-AR NW-10Aにおけるin situ XRD (20 keV)を用いて金属酸化物の還元挙動を観測した。マイクロ波と通常加熱（イメージ炉）によるin situ XRDの結果から、金属酸化物の熱膨張が抑制され、格子酸素による生成物の燃焼が抑制されていることが示された。これは、マイクロ波の急速加熱の時定数が、酸素の移動速度よりも短いことによって、生成物の燃焼を抑えることができると考えられた。現在、本成果について投稿論文をまとめているとともに、2024年度には国際会議（IMPI 58 Symposium, Washington D.C. May 29-31)において発表する計画である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
初年度に開発した5.8 GHzマイクロ波装置をもちいた反応開発を進めるとともに、in situ XRDによる触媒構造変化も明らかにしつつある。学会論文を行うとともに、国際会議での発表を予定している。論文執筆にも着手しており順調といえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度の成果に基づいて、マイクロ波照射中にバイオマスの急速熱分解反応の加速を実証した。さらに、金属酸化物の格子酸素による生成物の燃焼の抑制を確認をした。2024年度はこれらの成果を反応条件探索にフィードバックして、さらなる反応最適化を進める。一方、金属酸化物の還元反応については、マイクロ波の急速昇温だけでは十分に反応が進行していないことが示唆されている。バイオマスからの有効成分を分離したのち、十分に金属酸化物が炭素熱還元される反応条件の探索についても進める。
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