| 研究課題/領域番号 |
23K26597
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01904 (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 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
飯塚 淳 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (70451862)
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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 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2025年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | 地球温暖化 / 二酸化炭素 / 炭酸塩鉱物化 / 反応流路 / 連続式 / 二酸化炭素有効利用 / 塩基性材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
二酸化炭素（CO2）と水のみを用いた塩基性の副産物/鉱物の加速炭酸塩化技術に関する研究を行う。CO2の鉱物化には合理的な加速手段が必要である。最も有望な方法の1つが気相中のCO2圧力を制御することで、対象となる塩基性材料からのアルカリ土類金属の抽出や溶液中での炭酸塩（CaCO3やMgCO3）の析出の促進を行う方法である。塩基性材料がCO2の気相圧力に応じてどのような機構で炭酸塩鉱物化反応を起こすか平衡論/速度論的に検討し、学術的な基盤を整備する。また、テスラバルブを参考とした流路の高度設計と条件最適化によって、このCO2の炭酸塩鉱物化反応を効率的に連続的に行うことを試みる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、地球温暖化対策のための二酸化炭素排出量の削減を達成するために、水と二酸化炭素のみを利用して塩基性副産物を効率的に炭酸塩鉱物化する条件の探索と反応器の高度設計および炭酸化反応の機序の検討を行うことを目的としている。バッチ式が基本となる従来の湿式での炭酸塩鉱物化技術を更に効率化するため、流通方向によって流路内で強い混合と圧力差が生じる流路形状を参考とし、連続式かつ効率的に二酸化炭素の圧力制御を行い、高度に炭酸塩鉱物化反応を進行させることを目指している。
初年度である2023年度には、まず、対象とする塩基性鉱物の性状（化学組成、粒径等）の詳細分析を行った。また、大気圧下あるいは加圧下で二酸化炭素の分圧を変化させて、対象とする塩基性鉱物からのカルシウムの抽出挙動を把握した。流通式反応器については、初年度には、基本的な形状の小型反応流路の設計を行い、反応流路をアクリル等で作製した。作製した反応流路を用いて基礎的な検討を進めた。流通方向の違いによる流量の変化と圧力損失を、反応流路入り口の流体圧力を変化させて確認した。また、高速度カメラを用いて、流路内での固体粒子や気泡の挙動の詳細観察を行い、反応器内での混合状況などの把握を進めた。観察した挙動を既存の流路に関する知見と比較した。また、単純化した条件設定の下での流動シミュレーションも開始した。また、反応流路のスケールアップのための検討も進めた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度に予定していた、対象塩基性鉱物の詳細分析、二酸化炭素分圧を変化させた対象鉱物からのカルシウムの抽出試験、流路の特性の把握、流動シミュレーション、反応流路のスケールアップのための検討をおおむね予定通りに進めることができたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の予定通り、大気圧下、加圧下での塩基性材料の炭酸化実験を更に進めていき、反応機序や圧力依存性について研究を進める。反応流路については、小型器での知見に基づき、反応器の改良とスケールアップを進める。また、シミュレーションでの解析や実験結果との比較も予定通り進めていく。
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