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2020 年度 実績報告書

共熱分解制御によるプラスチック/木質バイオマス混合廃棄物の高度化学原燃料転換

研究課題

研究課題/領域番号 19H04306
研究機関東北大学

研究代表者

熊谷 将吾  東北大学, 環境科学研究科, 助教 (40757598)

研究分担者 吉岡 敏明  東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30241532)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード共熱分解 / プラスチック / バイオマス / シナジー効果 / ガス化促進
研究実績の概要

計画通り、本年度は、プラおよびバイオマスのガス化を促進するシナジー効果を発現することが可能か、その検討を実施した。共熱分解におけるスギ粒子サイズの影響を検討するため、75 μmの粉末~1,000 μmの粒子まで複数の粒子サイズの試料を調製した。
ガス化を促進するために、比較的高い温度である700 ℃で共熱分解試験を実施した。スギの熱分解によるポリエチレンのガス化促進効果を狙うため、スギ:ポリエチレンは重量比で10:90で混合した。その結果、スギ粒子サイズが小さい程、つまり、スギの熱分解生成物とポリエチレンの熱分解生成物がより効率的に接触する条件において、ポリエチレン由来のガス収率が大きく増大するシナジー効果を発見した。シナジー効果は、Yield Difference(YD)指標(共熱分解により得た生成物収率/単体の熱分解収率から計算される収率)により定量的に評価した。YDiが1を上回る場合、生成物iは相互作用によって収量が増加したことを、1を下回る場合、減少したことを意味する。例えば、75 μmの粒径のスギを用いた場合、ガスのYDは2.8まで劇的に向上した。さらに、スギ由来のチャー(炭化物)およびポリエチレン由来のワックスのYDはそれぞれ0.4および0.5となった。よって、本年度は、計画通り、ガス化促進および固体生成物抑制のシナジー効果を確認することができた。これらの成果は、K. Kasataka, S. Kumagai, T. Kameda, Y. Saito, T. Yoshioka, Bioresource Technology Report, 11 100431 (2020)にて発表した。

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

当初計画通り、ガス化を促進可能なシナジー効果を発現することに成功したため。

今後の研究の推進方策

最終年度は、プラおよびバイオマスの液化を促進するシナジー効果を最大化するための検討を行う。2020年度よりも熱分解温度を低温に設定する。水素リッチなプラスチックの熱分解生成物が、バイオマス由来の熱分解生成物ラジカルに水素供与し、かつ、熱分解生成物が低分子化しすぎない温度条件を狙うことで、シナジー的にオイル成分の収率を向上していく。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Latest Trends in Pyrolysis Gas Chromatography for Analytical and Applied Pyrolysis of Plastics2021

    • 著者名/発表者名
      KUMAGAI Shogo、YOSHIOKA Toshiaki
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 37 ページ: 145~157

    • DOI

      10.2116/analsci.20SAR04

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhancement of gasification and liquefaction during fast co-pyrolysis of cedar wood and polyethylene through control of synergistic interactions2020

    • 著者名/発表者名
      Kasataka Koyo、Kumagai Shogo、Kameda Tomohito、Saito Yuko、Yoshioka Toshiaki
    • 雑誌名

      Bioresource Technology Reports

      巻: 11 ページ: 100431~100431

    • DOI

      10.1016/j.biteb.2020.100431

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combining pyrolysis?two-dimensional gas chromatography?time-of-flight mass spectrometry with hierarchical cluster analysis for rapid identification of pyrolytic interactions: Case study of co-pyrolysis of PVC and biomass components2020

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Shogo、Matsukami Asami、Kabashima Fumie、Sakurai Masafumi、Kanai Michiko、Kameda Tomohito、Saito Yuko、Yoshioka Toshiaki
    • 雑誌名

      Process Safety and Environmental Protection

      巻: 143 ページ: 91~100

    • DOI

      10.1016/j.psep.2020.06.036

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Latest Trends and Challenges in Feedstock Recycling of Polyolefinic Plastics2020

    • 著者名/発表者名
      KUMAGAI Shogo、NAKATANI Jun、SAITO Yuko、FUKUSHIMA Yasuhiro、YOSHIOKA Toshiaki
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Petroleum Institute

      巻: 63 ページ: 345~364

    • DOI

      10.1627/jpi.63.345

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct Gas-Phase Derivatization by Employing Tandem μ-Reactor-Gas Chromatography/Mass Spectrometry: Case Study of Trifluoroacetylation of 4,4′-Methylenedianiline2020

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama Yuya、Kumagai Shogo、Kameda Tomohito、Saito Yuko、Watanabe Atsushi、Watanabe Chuichi、Teramae Norio、Yoshioka Toshiaki
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 92 ページ: 14924~14929

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.0c01830

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature-dependent pyrolysis behavior of polyurethane elastomers with different hard- and soft-segment compositions2020

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama Yuya、Kumagai Shogo、Motokucho Suguru、Kameda Tomohito、Saito Yuko、Watanabe Atsushi、Nakatani Hisayuki、Yoshioka Toshiaki
    • 雑誌名

      Journal of Analytical and Applied Pyrolysis

      巻: 145 ページ: 104754~104754

    • DOI

      10.1016/j.jaap.2019.104754

    • 査読あり
  • [学会発表] Latest Trends and Challenges in Feedstock Recycling Technologies for Waste Plastics2021

    • 著者名/発表者名
      Shogo Kumagai, Jun Nakatani, Yuko Saito, Tomohito Kameda, Hajime Ohno, Yasuhiro Fukushima, Toshiaki Yoshioka
    • 学会等名
      The 14th Biennial International Conference on EcoBalance
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Co-pyrolysis of cellulose and polyethylene: Prediction of pyrolyzate yields using response surface methodology2021

    • 著者名/発表者名
      Shengyu Xie, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka
    • 学会等名
      The 7th 3R International Scientific Conference on Material Cycles and Waste Management
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱分解-ガスクロマトグラフ/マルチ検出器を用いたポリマー熱分解物の同時検出2021

    • 著者名/発表者名
      生田 大地, 熊谷 将吾, 亀田 知人, 齋藤 優子, 吉岡 敏明
    • 学会等名
      日本化学会第101年会
  • [学会発表] 難リサイクル性プラスチック廃棄物を化学原料に転換する熱分解プロセスの開拓2021

    • 著者名/発表者名
      熊谷将吾
    • 学会等名
      日本化学会第101年会
    • 招待講演
  • [学会発表] プラスチックを取り巻く状況およびリサイクルにおける高分子分析の重要性2020

    • 著者名/発表者名
      熊谷将吾
    • 学会等名
      高分子分析研究懇談会 第401回例会
    • 招待講演
  • [学会発表] Pyrolysis-gas chromatography for feedstock recycling of waste plastic2020

    • 著者名/発表者名
      Shogo Kumagai
    • 学会等名
      27th Joint Annual Conference of the Chinese Society of Chemical Science and Technology in the UK and Society of Chemical Industry’s Chinese UK Reginal Group
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] プラスチックを取り巻く状況および石油・化学産業の役割2020

    • 著者名/発表者名
      熊谷将吾, 吉岡敏明
    • 学会等名
      第126回触媒討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] スギとポリエチレンのシナジー効果増強によるガス化促進および炭化抑制2020

    • 著者名/発表者名
      笠高宏洋, 熊谷将吾, 亀田知人, 齋藤優子, 吉岡敏明
    • 学会等名
      第31回廃棄物資源循環学会研究発表会
  • [学会発表] Pyrolysis gas-chromatography for analytical pyrolysis of polymers2020

    • 著者名/発表者名
      Shogo Kumagai
    • 学会等名
      令和2年度化学系学協会東北大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of polymer pyrolyzates by employing a pyrolysis-gas chromatograph/multi-detector2020

    • 著者名/発表者名
      生田大地, 熊谷将吾, 亀田知人, 齋藤優子, 吉岡敏明
    • 学会等名
      令和2年度化学系学協会東北大会
  • [学会発表] Pyrolysis-gas chromatography for analytical and applied pyrolysis of polymeric materials2020

    • 著者名/発表者名
      Shogo Kumagai
    • 学会等名
      BIOMASA2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 熱分解-ガスクロマトグラフ/マルチ検出器によるポリマー熱分解物の分析2020

    • 著者名/発表者名
      生田大地, 熊谷将吾, 亀田知人, 齋藤 優子, 吉岡 敏明
    • 学会等名
      第25回高分子分析討論会
  • [学会発表] 熱分解ガスクロマトグラフィーを応用したプラスチックのフィードストックリサイクルに関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      熊谷将吾
    • 学会等名
      第1回FSRJ講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigation of synergistic effects during co-pyrolysis of cellulose and polyethylene using response surface methodology2020

    • 著者名/発表者名
      Shengyu Xie, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis in Asia
    • 国際学会
  • [備考] 熊谷将吾 Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/7000012617/

  • [備考] 吉岡研究室 熊谷将吾 紹介

    • URL

      http://www.che.tohoku.ac.jp/~env/staff3.html

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公開日: 2024-12-25  

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