フェライトを用いる廃熱利用型炭素循環システムの試作

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06558067
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 玉浦 裕 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 教授 (00108185)
• 研究分担者: 吉田 崇 東京工業大学, 理学部, 助手 (50251608) ; 近藤 和生 同志社大学, 工学部, 教授 (30038096) ; 阿部 正紀 東京工業大学, 工学部, 教授 (70016624) ; 辻 正道 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 助教授 (20111643)
• キーワード: 熱 / 化学エネルギー変換装置 / 酸素放出反応 / 酸化プラセオジム / ニッケルフェライト / Co_2 / メタン

研究概要

(1)熱/化学エネルギー変換実験装置の試作運転 熱/化学エネルギー変換装置を試作し、酸素放出反応による熱回収効率を測定した。CBNFを用いた熱回収システムではCBNFの酸素放出量が少なすぎるために熱回収効率は低効率で、熱/化学エネルギー変換装置としては、機能させることができないことが分かった。しかしモデルとして400℃での酸化プラセオジムによる酸素放出による熱回収効率を測定したところ、この反応に対して本試作機は酸素放出による熱/化学エネルギー変換システムとして作動することができた。
(2)熱/化学エネルギー変換効率の改善 試作機の熱交換効率を高めるため酸素放出過程の雰囲気を低酸素分圧下に分離し、低酸素雰囲気下での熱吸収を増幅させる機構を原理として考案し、その実証を行った。更に水素発生セルと酸素発生セルの両セルを改良し、酸素放出と水素発生反応とが繰り返し行わせることができるようにしたのち、酸素放出過程時に低酸素分圧下で発生する微量の酸素を増幅用酸素発生装置(平成6年度試作の熱/化学エネルギー変換試作装置)に導入し、吸熱が十分大きく進行するようになるまで吸収させる方法を検討した。吸収には水素発生過程、水素放出過程、共に進行する温度で作動する酸化物を検討し、酸素放出過程を二つのプロセス(低酸素分圧過程と高酸素分圧過程)に分離することにより、低酸素分圧雰囲気下での酸化物活性化による低熱吸収効率を改善できる可能性を見いだした。
(3)廃熱利用型炭素循環システムの試作運転 メタン化の反応システムを300℃でのニッケルフェライトによるCO2分解装置との組み合わせによる方式で組立てた。この方式は排ガス中のCO2を300℃のままで分離濃縮し、メタンにまで転換するシステムとして有用なことが分かった。熱/化学エネルギー変換実験装置の組み合わせたシステムの設計を行った。

研究成果

• [文献書誌] Yutaka Tamura, Aldo Steinfeld, Peter Kuhn, Kuhn Enrensberger: "Production of Solar Hydrogen by a Novel,2‐step,Water‐spitting Thermochemical Cycle" Energy. 20(4). 325-330 (1995)
• [文献書誌] Masamichi TSUJI, Takayuki TOGAWA, Yuuji WADA, Taizo SANO and Yutaka: "Kinetic Study for Formation of Cation‐Excess Magnetite" J.Chem.Soc.Faraday Trans. 91(10). 1553-1538 (1995)
• [文献書誌] Tatsuya KODAMA, Yuuji WADA, Takashi YAMAMOTO, Masamichi TSUJI and Yutaka TAMAURA: "CO2 Decomposition to Carbon by Ultrafine Ni(II)-Bearing Ferrite" Mater. Res. Bull.,. 30. 1039-1048 (1995)
• [文献書誌] Masamichi TSUJI, S.G.Chang, Noriko HASEGAWA and Yutaka TAMAURA: "Methanation of CO2 on H2‐reduced Ni(II)‐or Co(II)‐bearing ferrites at 200℃" J.Mater.Sci.29. 6227-6230 (1994)
• [文献書誌] Masamichi TSUJI, Taizo SANO, Masahiro TABATA and Yutaka TAMURA: "Compounds by a Mixed System with Pulverized Metal Oxides" Energy. 20(9). 860-876 (1995)
• [文献書誌] 玉浦裕・辻正道: "第12回エネルギーシステム。経済コンファレンス講演論文集" CIO層 Niフェライトによる水素発生と熱回収システムの検討, 459-464 (1995)
• [文献書誌] 辻正道・玉浦裕: "第12回エネルギーシステム。経済コンファレンス講演論文集" 金属酸化物/化石燃料反応系による高効率太陽/化学エネルギー変換システム, 465-470 (1995)