| 研究実績の概要 |
バイオマスを含む固体炭素資源の熱分解時に発生する揮発成分リアルタイム計測手法に関する検討を行った。質量分析計（MS）およびガスクロマトグラフ（GC）を用いて時間（温度）ごとのガス発生速度を測定した。MSは複数のガス種を細かい時間刻みで分析できる装置であり、高真空を保てば10 ppb前後の濃度でも測定できる。しかし、MSが示す濃度（分圧）はMSの測定条件によって変わるため、検量線による補正が必要になる。そこで、MSと同時にGCによる定量分析を組み合わせることで、濃度およびガス発生速度の補正を行う手法を開発した。
加えて、酸化剤（酸素、水蒸気）導入量とタール分解特性の関係を、ガス化温度や揮発成分反応器内滞留時間の影響も含めて調査するために、熱分解におけるバイオマスの挙動を分子レベルで予測できる詳細化学反応速度モデルを構築した。元素組成情報をベースに、バイオマス構成成分の一つである、リグニンをC, HおよびOを構成元素とする3種類のリグニン二量体の混合物として表現し、個々の二量体の分解に関する406個の並列・逐次反応群から成る初期熱分解反応速度モデルを構築し、773-1223Kの温度範囲での熱分解生成物分布を予測した。
さらに、二次気相反応の影響を評価するには、既存のデータベースにないモノリグノールの気相反応速度モデルを構築する必要があったため、量子化学計算によって、モノリグノール二次気相分解の素反応速度定数を推定した。合計192個の素反応から成るモノリグノールの気相反応速度モデル、既存の二次気相反応速度モデル、リグニン初期熱分解の反応速度モデルを連成した。本連成モデルは、リグニン原料の元素組成の情報のみで、初期熱分解と二次気相反応の逐次的反応プロセスを経た生成物組成を予測でき、さらに、タール成分の分解機構の解析にも適用できることを明らかにした。
|
