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2019 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 / 塩分濃度差 / イオン交換膜
研究実績の概要

本年度はREDプロセスの実証化に不可欠な使用溶液の水質および前処理方法とRED出力との関係の検討、及びRED用高性能イオン交換膜(IEM)の開発を行った。
イオン組成が異なる製塩工場の排出液でのRED発電出力を調査した結果、最適なイオン組成及び一価イオン選択層の配向方向とRED出力との関係が得られた。またポリ塩化アルミニウム(PAC)を凝固剤とした下水処理水におけるPAC添加条件が水質およびRED出力性能への影響を検討した結果、膜汚染の原因となる天然有機化合物を50%除去し、かつRED出力の低減を抑制するPAC添加量の最適条件を見出した。さらに下水処理水に含まれるCaイオンによるバイオポリマー(アルギン酸)のファウリング抑制を検討した結果、Caイオンがアルギン酸中のα-L-グルロン酸(G)が多い画分と、より大きな錯体を形成して効果的に前処理のMF膜で除去されることが判明し、膜ファウリングの効果的な抑制が明らかになった。RED装置に付着・増殖した原水由来の微生物は一般的な物理・化学洗浄では除去が困難であるが、酵素洗浄による微生物除去によりRED性能が回復した。これらの結果より実液使用におけるRED装置の長期間安定運転への見通しが得られた。
酸素プラズマ処理により高分子ナノファイバー(NF)表面に酸性官能基を形成させ、表面荷電密度を制御したNFの表面荷電密度を測定することでNF複合膜のイオン伝導機構を明らかにし、高イオン伝導性IEMの開発に寄与出来た。またREDスタックの内部抵抗を高める原因となる淡水側流路部の電気抵抗低減を可能とする新規な凹凸構造IEMを開発した。この結果、現行のIEM作製方法をベースに凹凸構造IEMの製造が可能となり、大型スタックの内部抵抗を3分の1にすることでRED装置の大幅な出力向上の見通しが得られた。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (45件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (4件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Power generation performance of a bench-scale reverse electrodialysis stack using wastewater discharged from sewage treatment and seawater reverse osmosis2020

    • 著者名/発表者名
      M. Yasukawa, S. Mehdizadeh, T. Sakurada, T. Abo, M. Kuno, M. Higa
    • 雑誌名

      Desalination

      巻: 491 ページ: 114449

    • DOI

      10.1016/j.desal.2020.114449

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reverse electrodialysis for power generation using seawater/municipal wastewater: Effect of coagulation pretreatment2020

    • 著者名/発表者名
      S. Mehdizadeh, M. Yasukawa, T. Suzuki, M. Higa
    • 雑誌名

      Desalination

      巻: 481 ページ: 114356

    • DOI

      10.1016/j.desal.2020.114356

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Monovalent selective anion-exchange membranes prepared from PVA-based block copolymers2020

    • 著者名/発表者名
      S. Harada, Y. Kakihana and M. Higa
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 74(1) ページ: 50-51

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ion and water transport properties of cation exchange membranes prepared by heavy-ion-track grafting technique2019

    • 著者名/発表者名
      S. Sawada, M. Goto, H. Koshikawa, A. Kitamura, M. Higa & T.Yamaki
    • 雑誌名

      Separation Science and Technology

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1080/01496395.2019.1648510

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sustainable hydrogen production from seawater and sewage treated water using reverse electrodialysis technology2019

    • 著者名/発表者名
      M. Higa, T. Watanabe, M. Yasukawa, N. Endo, Y. Kakihana, H. Futamura, K. Inoue, H. Miyake, J. Usui, A. Hayashi, M. Matsuhashi
    • 雑誌名

      Water Practice and Technology

      巻: 14(3) ページ: 645-651

    • DOI

      10.2166/wpt.2019.048

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The effect of feed solution temperature on the power output performance of a pilot-scale reverse electrodialysis (RED) system with different intermediate distance2019

    • 著者名/発表者名
      S. Mehdizadeh, M. Yasukawa, T. Abo, M. Kuno, Y. Noguchii, M. Higa
    • 雑誌名

      Membranes

      巻: 9(6) ページ: 73

    • DOI

      10.3390/membranes9060073

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The relationship between water temperature and power output in a pilot-scale reverse electrodialysis system2019

    • 著者名/発表者名
      T. Abo, M. Kuno, M. Yasukawa and M. Higa
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 73(4) ページ: 237-238

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of energy harvesting from discharged solutions in a salt production plant by reverse electrodialysis (RED)2019

    • 著者名/発表者名
      S. Mehdizadeh, M. Yasukawa, M. Kuno, Y. Kawabata, M. Higa
    • 雑誌名

      Desalination

      巻: 467 ページ: 95-102

    • DOI

      10.1016/j.desal.2019.04.007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of calcium ions on the fouling of a thin-film composite reverse osmosis membrane by alginate2019

    • 著者名/発表者名
      M. Harada, T. Suzuki, N. Masakazu
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 73(6) ページ: 356-357

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ブルーエナジーセンター発足と今後の展開について2019

    • 著者名/発表者名
      安川政宏, 垣花百合子, 比嘉 充
    • 雑誌名

      膜 特集:膜学会若手特集号

      巻: 44(3) ページ: 126-129

    • DOI

      10.5360/membrane.44.126

    • 査読あり
  • [学会発表] Reverse electrodialysis using seawater/municipal water: Effect of a coagulant in water on the power generation performance2019

    • 著者名/発表者名
      S. Mehdizadeh, M. Yasukawa, M. Higa
    • 学会等名
      The 12th conference of the Aseanian Membrane Society (AMS12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct hydrogen production from seawater and sewage treated water using reverse electrodialysis technology2019

    • 著者名/発表者名
      M. Yasukawa, M. Higa, N. Endo, Y. Kakihana, T. Watanabe, H. Futamaru, K. Inoue, H. Miyake, J. Usui, A. Hayashi, M. Matsuhashi
    • 学会等名
      The 12th conference of the Aseanian Membrane Society (AMS12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Power generation performance of a pilot-scale RED stack using SWRO brine and river water2019

    • 著者名/発表者名
      M. Higa, S. Mehdizadeh, T. Abo, M. Yasukawa, Y. Kakihana
    • 学会等名
      The 12th conference of the Aseanian Membrane Society (AMS12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Transport properties of PVA based anion exchange membranes prepared by two-step cross-linking method2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kasuga, S. Harada, T. Uchimura, Y. Kakihana, M. Yasukawa, M. Higa
    • 学会等名
      The 12th conference of the Aseanian Membrane Society (AMS12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of selective permeability of ions using commercial ion-exchange membranes in electrodialysis2019

    • 著者名/発表者名
      H. Wakabayashi, N. Takumi, Y. Kakihana, M. Yasukawa, M. Higa
    • 学会等名
      The 12th conference of the Aseanian Membrane Society (AMS12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental study of a reverse electrodialysis system for energy recovery at a reverse osmosis desalination plant2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawabata, Y. Noguchi, T. Abo, M. Yasukawa, Y. Kakihana, M. Higa
    • 学会等名
      The 12th conference of the Aseanian Membrane Society (AMS12)
    • 国際学会
  • [学会発表] An electrocoagulation/flotation-MF membrane pretreatment process for the mitigation of RO membrane fouling by dissolved effluent organic matter from municipal wastewater treatment plant2019

    • 著者名/発表者名
      M. Harada, Y. Takao, H. Yamaguchi, T. Suzuki, M. Niinae
    • 学会等名
      8th IWA-ASPIRE
    • 国際学会
  • [学会発表] PVA系ポリカチオンを表面修飾した1価選択性陽イオン交換膜の作製とその特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      原田冴子, 垣花百合子, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度繊維学会秋季研究発表会
  • [学会発表] 濃縮海水/海水と表流水を用いたパイロットスケール逆電気透析(RED)システムにおける発電出力と運転条件との関係2019

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充, ソルシ メジザデ, 安保貴和, 安川政宏, 垣花百合子
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [学会発表] ベンチスケール逆電気透析スタックの発電性能評価:水温と供給流量の関係2019

    • 著者名/発表者名
      安川政宏, 安保貴和, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [学会発表] 塩ビ含有イオン交換膜の電気化学的特性へのアルカリアタックの影響2019

    • 著者名/発表者名
      土井正一, 安川政宏, 垣花百合子, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [学会発表] PVA系陰イオン交換膜に対する二段階架橋がイオン輸送特性に与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      春日友明, 原田冴子, 内村 達, 垣花百合子, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [学会発表] 電気透析における市販イオン交換膜の基礎特性とイオン選択透過性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      若林弘輝, 匠 伸弥, 垣花百合子, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [学会発表] 高出力逆電気透析発電システムのためのスタック抵抗低減の検討2019

    • 著者名/発表者名
      川畑良拓, 野口侑輝, 安保貴和, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [学会発表] ベンチスケール逆電気透析スタックの発電性能評価:水温と供給流量の影響2019

    • 著者名/発表者名
      安川政宏, 安保貴和, 比嘉 充
    • 学会等名
      日本膜学会第41年会
  • [学会発表] 細胞外バイオポリマーによるポリアミド系複合逆浸透膜のファウリングにおけるカルシウムイオンの役割2019

    • 著者名/発表者名
      原田美冬, 鈴木祐麻, 新苗正和
    • 学会等名
      2019年度資源・素材関係学協会合同秋季大会
  • [学会発表] 塩分濃度差エネルギーの有効利用2019

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充
    • 学会等名
      日本学術会議中国・四国地区会議公開学術講演会 ~SDGs(持続可能な開発目標)の実現に向けた地域研究とイノベーション研究~
    • 招待講演
  • [学会発表] イオン交換膜を用いた水処理・エネルギー変換技術2019

    • 著者名/発表者名
      比嘉 充
    • 学会等名
      エネルギー自立型水処理技術研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規イオン交換膜の基礎特性及びドナン透析評価2019

    • 著者名/発表者名
      匠 伸弥, 垣花百合子, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2019
  • [学会発表] 塩分濃度差エネルギーを利用した新規脱塩技術の構築2019

    • 著者名/発表者名
      野口侑輝, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2019
  • [学会発表] 逆電気透析(RED)発電システムにおける大型スタックでの塩分濃度差エネルギー変換効率の解析2019

    • 著者名/発表者名
      川畑良拓, 氏家 瞭, MEHDIZADEH Soroush, 垣花百合子, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2019
  • [学会発表] PVA系陰イオン交換膜に対する二段階架橋がイオン輸送特性に与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      春日友明, 垣花百合子, 比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2019
  • [学会発表] PVA系ブロック共重合体を用いた1価選択性陰イオン交換膜の作製と陰イオン選択透過性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      原田冴子, 垣花百合子, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度繊維学会秋季研究発表会
  • [学会発表] 逆電気透析(RED)発電システムにおける大型スタックでの発電評価特性2019

    • 著者名/発表者名
      氏家 瞭, 川畑良拓, Soroush Mehdizadeh, 垣花百合子, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      第34回中国四国地区高分子若手研究会
  • [学会発表] PVA系陽イオン交換膜に対する二段階架橋がイオン輸送特性に与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      春日友明, 垣花百合子, 比嘉 充
    • 学会等名
      第34回中国四国地区高分子若手研究会
  • [学会発表] イオン飛跡グラフと重合法によるイオン交換膜の作製と特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      小牟田啓子, 後藤光暁, 垣花百合子, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      第34回中国四国地区高分子若手研究会
  • [学会発表] 逆電気透析発電用PVA系イオン交換膜の作製とその特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      垣花百合子, 内村 達, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [学会発表] 逆電気透析(RED)技術を用いたエネルギー変換2019

    • 著者名/発表者名
      川畑良拓, 野口侑輝, 垣花百合子, 安川政宏, 比嘉 充
    • 学会等名
      2019年度日本海水学会第70年会
  • [図書] 次世代のポリマー・高分子開発,新しい用途展開と将来展望2019

    • 著者名/発表者名
      松本英俊, 相羽誉礼(分担執筆)他86名
    • 総ページ数
      608
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-775-6
  • [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

  • [備考] 研究論文の公開

    • URL

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

  • [備考] 塩分濃度差エネルギー(SGE)の研究内容

    • URL

      http://ds27i.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~blue/technology/

  • [備考] 研究論文の公開

    • URL

      http://ds27i.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~blue/publications/

  • [産業財産権] イオン交換膜、イオン交換膜の製造方法及びイオン交換膜セル2019

    • 発明者名
      比嘉 充
    • 権利者名
      山口大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-201239
  • [産業財産権] イオン交換膜、イオン交換膜の製造方法及びイオン交換膜セル2019

    • 発明者名
      比嘉 充
    • 権利者名
      山口大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-201241

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公開日: 2021-01-27  

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