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2017 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, 大学院創成科学研究科, 教授 (30241251)

研究分担者 鈴木 祐麻  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (00577489)
安川 政宏  山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (20647309)
遠藤 宣隆  山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (40314819)
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, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40363543)
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29年度は、平成28年度に作製したポリビニルアルコール(PVA)系イオン交換膜の膜表面に膜マトリクスと反対荷電ポリマーをコーティングした一価イオン選択膜を作製し、性能評価を行った結果、膜抵抗を向上させることなく一価選択性を付与できるコーティング条件を見出すことに成功した。
また、昨年度に用いた逆電気透析装置(200対の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜、40 m2)の出力を高めるべく、膜間距離について検討を行った結果、膜間距離を0.6 mmから0.2 mmに減少させた場合、模擬海水(0.5 M NaCl)と模擬河川水(0.02 M NaCl)を用いた条件のグロス出力が約1.6倍向上(17.7 Wから29.2 W)する結果が得られた。さらに溶液の水温が出力性能に与える影響についても調査を行い、結果として、水温が10℃から35℃に増加するに伴ってグロス出力が22.5 Wから38.6 Wと約1.7倍増加する結果が得られた。溶液水温が開回路電圧に与える影響は小さかったため、本出力増加は水温増加に伴うスタック内部抵抗の低減に起因するものだと考えられる。また水温増加は送液ポンプエネルギーの低減にも貢献するため、ポンプエネルギーを考慮した正味出力においても今回の最大水温条件(35℃)が最も高出力であることが明らかとなった。
実際の海水や下水処理水などの原水中に含まれる2価イオンが、発電出力に与える影響について詳細に検討を行い、出力低下のメカニズムを明らかにすることができた。また溶液の種類にも依存するが一価イオン選択性を有するイオン交換膜を用いることで発電出力を向上できることが明らかとなった。

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ベースのイオン交換膜について、一価イオン選択性を付与できる条件を見出したこと、及び、逆電気透析装置の出力を向上させることができたこと、また実際の原水を用いた場合の課題となる2価イオンの影響のメカニズムを明らかにすることができたため。

今後の研究の推進方策

平成29年度の研究成果に基づいて、一価イオン選択性を有するイオン交換膜を用いた発電性能評価試験を実施する。供給流量や印加電流の依存性について調査を行い、これらの操作条件が出力性能に与える影響について明らかにする。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] 逆電気透析(RED)発電の最新動向 (特集 我が国の海洋開発の最新動向および今後の展開)2017

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充
    • 雑誌名

      化学工学会誌

      巻: 81(9) ページ: 472-474

  • [雑誌論文] 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、安川 政宏
    • 雑誌名

      化学と工業(2017年8月号)

      巻: 70(8) ページ: 684-686

  • [雑誌論文] The effect of divalent ions on reverse electrodialysis power generation system2017

    • 著者名/発表者名
      Masaya Kuno, Masahiro Yasukawa, Yuriko Kakihana and Mitsuru Higa
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 71(6) ページ: 350-351

    • DOI

      https://doi.org/10.11457/swsj.71.6_350

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of Anion-exchange Membranes Prepared from PVA-based Block Copolymers2017

    • 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: 71(2) ページ: 110-111

    • DOI

      https://doi.org/10.11457/swsj.71.2_110

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ion Exchange Membranes Prepared from Poly(vinyl alcohol)-based Block copolymer: Temperature Dependence of Membrane Properties2017

    • 著者名/発表者名
      Wu Yang, Masahiro Yasukawa, Mitsuru Higa
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 71(6) ページ: 348-349

    • DOI

      https://doi.org/10.11457/swsj.71.6_348

    • 査読あり
  • [学会発表] WE(Water & Energy)問題を解決するための分離膜2018

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充
    • 学会等名
      第28 回繊維学会西部支部セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 浸透圧発電と逆電気透析発電プロセスの性能評価および発電特性の比較2017

    • 著者名/発表者名
      安川政宏, 櫻田朋之, 堀江竜翔, 久野雅弥, 比嘉充
    • 学会等名
      日本膜学会第39年会
  • [学会発表] 濃縮海水と下水処理水を用いた逆電気透析システムにおける電気化学特性と運転条件との関係2017

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充,櫻田 朋之,久野 雅弥,垣花 百合子, 安川 政宏
    • 学会等名
      2017年電気化学秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Power generation in a reverse electrodialysis system using SWRO brine and sewage-treated water2017

    • 著者名/発表者名
      M. Higa, T. Sakurada, M. Kuno, M. Yasukawa
    • 学会等名
      The 11th International Congress on Membranes and Membrane Processes (ICOM 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 海水中の二価イオンが逆電気透析発電に与える影響の解析2017

    • 著者名/発表者名
      久野雅弥、垣花百合子、安川政宏、比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2017
  • [学会発表] 電気透析におけるPVA系陰イオン交換膜のファウリング挙動の解析2017

    • 著者名/発表者名
      内村 達、知念政尚、原田冴子、垣花百合子、安川政宏、比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2017
  • [学会発表] 逆電気透析(RED)発電システムにおける出力と供給溶液の塩分濃度・水温との関係2017

    • 著者名/発表者名
      安保 貴和、久野 雅弥 、野口 侑輝、垣花 百合子、安川 政宏、比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2017
  • [学会発表] The effect of crosslinking conditions on the characteristics of ion-exchange membranes prepared from PVA-based blockcopolymers2017

    • 著者名/発表者名
      T. Uchimura, Y. Ono, M. Yasukawa, M. Higa,
    • 学会等名
      The 11th International Congress on Membranes and Membrane Processes (ICOM 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of power generation performance of reverse electrodialysis using monovalent selective ion exchange membranes2017

    • 著者名/発表者名
      M. Kuno, T. Sakurada, M. Yasukawa, M. Higa,
    • 学会等名
      The 11th International Congress on Membranes and Membrane Processes (ICOM 2017)
    • 国際学会
  • [図書] 海水の疑問50(Q28 海水で発電できるって本当ですか?)2017

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充
    • 総ページ数
      192
    • 出版者
      成山堂書店
    • ISBN
      978-4425830916
  • [備考] 研究論文の公開

    • URL

      http://piano.chem.yamaguchi-u.ac.jp/3_Publication(Japanese).html

  • [備考] 逆電気透析(RED)の研究内容

    • URL

      http://piano.chem.yamaguchi-u.ac.jp/1_3_RED(Japanese).html

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公開日: 2018-12-17  

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