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2016 年度 実績報告書

海水濃度差発電用新規高効率・高安定性エネルギー変換システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H01796
研究機関山口大学

研究代表者

比嘉 充  山口大学, 創成科学研究科, 教授 (30241251)

研究分担者 松本 英俊  東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (40345393)
通阪 栄一  山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (40363543)
鈴木 祐麻  山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (00577489)
遠藤 宣隆  山口大学, 創成科学研究科, 講師 (40314819)
安川 政宏  山口大学, 創成科学研究科, 助教 (20647309)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード再生可能エネルギー / 濃度差 / イオン交換膜
研究実績の概要

平成28年度はチオール基末端を有するポリビニルアルコール(PVA)にカチオン性モノマーとアニオン性モノマーを共重合することでPVAベースのブロック共重合体カチオンとブロック共重合体アニオンを合成した。そしてこれらの共重合体を用いて低電気抵抗、かつ高対イオン選択性を有するPVA系陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を作製した。また電解紡糸装置を用いてPVA溶液からナノファイバー(NF)シートを作製し、このシート上にPVA系カチオンとPVA系アニオンの水溶液をキャストすることで、NF包埋イオン交換膜を作製した。この膜の基礎特性(膜抵抗、対イオン輸率、機械的強度)を測定した結果、この膜は高い機械的強度と高いイオン輸送特性を示した。
さらに市販の電気透析装置を改良して逆電気透析装置(200対の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜:総膜面積40m2)を作製した。この装置の発電特性を模擬海水(0.5M NaCl)と模擬河川水(0.02M NaCl)を用いて評価した結果、グロス出力17.7W(グロス出力密度0.44 W/m2)が得られた。またこのときの装置内での圧損と供給流量からポンプ効率を85%として計算した送水エネルギーを差し引いた正味出力は16.7W(正味出力密度0.42 W/m2)が得られた。
海水淡水化施設から排出される高濃度塩水(伝導度、約90mS/cm)と下水処理場から排出される下水処理水(伝導度、約1mS/cm)を逆電気透析装置に供給してその発電特性を調べた結果、グロス出力21.9W(グロス出力密度0.55 W/m2)が得られた。また正味出力は17.3W(正味出力密度0.43 W/m2)が得られた。

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

PVAベースのブロック共重合体とPVAナノファイバー(NF)シートから作製したイオン交換膜は高い機械的強度と高いイオン輸送特性を示したこと、及び、市販の電気透析装置を改良して逆電気透析装置を模擬海水で運転した結果、正味出力は16.7W(正味出力密度0.42 W/m2)が得られたことから。

今後の研究の推進方策

平成28年度の研究成果に基づいて、これらのPVA系イオン交換膜の膜表面に膜マトリクスと反対荷電のポリマーをコーティングした1価イオン選択性陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を作製し、その基礎特性(膜電位、膜抵抗、イオン交換容量)を測定する。
そして作製した1価イオン選択性陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を用いてSGE変換ユニットを作製し、このSGE変換ユニットに原水(実海水と下水処理水)を供給して、これらの原水中に含まれる2価イオンがSGE変換効率に与える影響、及び原水中に含まれる膜汚染物質がSGE変換効率の長期安定性に与える影響を評価する。
海水と下水処理水を用いて逆電気透析装置の発電特性を評価する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Power Generation of a Large Reverse Electrodialysis (RED) System Based on a Commercial ED stack2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Higa, Tomoyuki Sakurada, Hitoshi Takemura
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 70 ページ: 118-119

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fouling Evaluation of Anion-exchange Membranes in Electrodialysis Systems2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Higa, Ryosuke Hironaga, Keita Takamura, Masanao Chinen
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 70 ページ: 116-117

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of Cation-exchange Membranes Prepared from PVA-based Block Copolymers2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Higa, Taiko Mizuno, Marika Anno
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 70 ページ: 324-325

    • 査読あり
  • [学会発表] 機能性分離膜を用いた濃度差発電システム2017

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会, 革新的膜工学の研究最前線
    • 発表場所
      慶應義塾大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-16
    • 招待講演
  • [学会発表] 濃縮海水と下水処理水を用いた逆電気透析発電システムの出力特性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充、櫻田 朋之、久野 雅弥、安川 政宏
    • 学会等名
      化学工学会 第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学(東京都江東区)
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
  • [学会発表] 実濃縮海水と実下水処理水を用いた逆電気透析システムのベンチスケール試験およびその発電性能評価2016

    • 著者名/発表者名
      櫻田朋之、久野雅也、安川政宏、比嘉充
    • 学会等名
      化学工学会中国四国支部大会
    • 発表場所
      山口大学(山口県宇部市)
    • 年月日
      2016-12-10 – 2016-12-10
  • [学会発表] 大型逆電気透析発電システムにおける最適運転条件の検討2016

    • 著者名/発表者名
      櫻田朋之、久野雅弥、安保貴和、安川政宏、比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2016
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2016-12-01 – 2016-12-02
  • [学会発表] Evaluation of power generation in reverse electrodialysis system: Relationship between feed velocity and its performance2016

    • 著者名/発表者名
      T.Sakurada, M.Kuno, M.Higa
    • 学会等名
      AMS10
    • 発表場所
      奈良春日野国際フォーラム甍-IRAKA-(奈良県奈良市)
    • 年月日
      2016-07-26 – 2016-07-29
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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