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2017 年度 実施状況報告書

竹バイオマスの熱分解における発熱反応機構の解明と廃プラスチックの低温油化への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K06196
研究機関山口大学

研究代表者

西村 龍夫  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90136135)

研究分担者 田之上 健一郎  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (70293892)
國次 公司  山口大学, 大学院創成科学研究科, 助手 (10253171)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードバイオマス熱分解 / プラスチック熱分解 / 化学反応熱
研究実績の概要

課題1について,竹のみならず,ベイマツ,バークの3種類のバイオマスについて成分分析,高位発熱量測定,トレファクション中の熱物質移動測定を行った.その結果,竹の高位発熱量が他のバイオマスに比べて大きくなり, Ts = 623 Kで最大の高位発熱量を持つことが分かった.また,竹中に含まれるキシランの発熱反応により,セルロースの一部が分解してトレファクション中のガス生成量は定常値を持つことが分かった.ベイマツ,バークのトレファクションに関しては,それぞれ,マンナンやリグニンの熱分解に支配されることが明らかとなった.
また,課題2について,各プラスチック試料の熱分解実験を行い,試料温度の経時変化,ガス生成速度,タールの捕集量の検討を行った.その結果,TG-DTA測定において,熱分解は吸熱反応であり質量の減少率などは文献値とほぼ同等であった .また,充填層実験のTR = 973 Kにおいて,試料が熱分解すると熱分解による吸熱反応が起こり温度停滞域を生じる.またガスの発生量の最大値はPSよりもPE,PPのほうが大きいということが分かった.タールの二次分解を比較するとPE,PPに比べてPSのタールの二次分解量が小さいことがわかった.これは,PSを熱分解すると主要な揮発性成分として,スチレンモノマーが生成され,構造の中にベンゼン環を含んでいる.ベンゼン環は非常に安定した存在であり,分解には大きなエネルギーを必要とする.よって,PSを熱分解して生成されたタールは二次分解が起こりにくかったと考えられる.

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

竹の熱分解については,実験装置が完成し,さらに,一部では,高位発熱量測定や主成分分析も行いつつある.また,プラスチック熱分解については,主要3物質(ポリスチレン,ポリエチレン,ポリプロピレン)の分解過程については,おおむね把握できている.

今後の研究の推進方策

竹もプラスチックも熱分解過程についておおむね把握できるところまで来ている.今後は,化学反応熱測定や熱天秤による反応速度の評価,竹の主要成分の割合の評価を踏まえて,数値解析を実施していく予定である.

次年度使用額が生じた理由

備品のマスフローコントローラーについて,本体のみで対応でき,電源,ケーブルなどは,研究室にあるもので対応できたため.なお,繰越金については,平成30年度,高位発熱量装置を購入,または,借用していく予定なので,その費用に充てる予定である.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Influence of volume shrinkage and water evaporation on heat transfer and chemical reactions during the pyrolysis of a cellulose-powder-packed bed2018

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichiro Tanoue, Yuuki Hamaoka, Tatsuo Nishimura, Miki Taniguchi, Ken-ichi Sasauchi
    • 雑誌名

      INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOMASS AND RENEWABLES

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] バイオマス主要成分の熱分解中における熱化学反応 に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      田之上健一郎,西村 龍夫
    • 学会等名
      第13回バイオマス科学会議
  • [学会発表] バイオマス充填層のトレファクションにおける炭化特性に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      日笠謙太郎,田之上健一郎,西村 龍夫,谷口美希,笹内謙一
    • 学会等名
      バイオマス科学会議
  • [学会発表] Modeling of Heterogeneous Chemical Reactions, Shrinking and Heat Transfer during Woody Biomass Pyrolysis2017

    • 著者名/発表者名
      K. Tanoue, T. Nishimura
    • 学会等名
      6th Joint Conference for Renewable and Nanotechnology
  • [学会発表] Heat transfer and chemical reactions during pyrolysis of major components of woody biomass2017

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichiro Tanoue, Tatsuo Nishimura, Yoshimitsu Uemura, Miki Taniguchi, Ken-ichi Sasauchi
    • 学会等名
      the Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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