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2021 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 / リサイクル / シナジー効果
研究実績の概要

本年度研究計画の通り、プラスチックおよびバイオマスの液化を促進するシナジー効果を発現するための検討を行った。 例えば、セルロースにおいては熱分解で生成するレボグルコサンが液体生成物の主となる成分であるが、ポリオレフィン系のプラスチック(ポリエチレンまたはポリプロピレン)と混ざった状態で共熱分解すると、これらの溶融プラスチックにより、生成したレボグルコサンの揮発が阻害されることが確認された。そのような阻害を改善するため、プラスチックとバイオマスをそれぞれ熱分解し、その熱分解ガス同士のみが接触する気相接触反応器を用いた共熱分解制御を検討した。結果の一例として、セルロース:ポリエチレン=1:2(重量比)の共熱分解試験の結果、レボグルコサンの収率はセルロース単体で熱分解した際の約3倍の収率で回収できることが明らかとなった。また、ポリエチレンからは熱分解によってワックスが生成するが、セルロース熱分解生成物との気相接触の結果、ワックスが減少し炭化水素油の収量が増加することも明らかとなった。
セルロースおよびこれらポリオレフィンの共熱分解における主要熱分解生成物の挙動は、本年度研究計画の通り、熱分解ガスクロマトグフラフ/質量分析装置(Py-GC/MS)を適用することで検討した。これら混合物を共熱分解した際の生成物の主要イオンとして、例えば質量電荷比(m/z) 18(水)、28(CO)、44(CO2)、60(レボグルコサン)に着目し、これらイオンの発生挙動を横軸に温度を取って比較することで、セルロースおよびポリオレフィンの熱分解生成物の間でどのような相互作用が起こっているのか考察を深めた。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Quantification of Cellulose Pyrolyzates via a Tube Reactor and a Pyrolyzer-Gas Chromatograph/Flame Ionization Detector-Based System2021

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

      ACS Omega

      巻: 6 ページ: 12022~12026

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c00622

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chemical Feedstock Recovery from Hard-to-Recycle Plastics through Pyrolysis-Based Approaches and Pyrolysis-Gas Chromatography2021

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Shogo、Yoshioka Toshiaki
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 94 ページ: 2370~2380

    • DOI

      10.1246/bcsj.20210219

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] プラスチックを取り巻く状況とリサイクル研究開発事例2022

    • 著者名/発表者名
      熊谷将吾
    • 学会等名
      日本電子回路工業会実装委員会勉強会
    • 招待講演
  • [学会発表] ケミカルリサイクルのフロンティアを追い求めて-研究教育院生採択からの10年間-2021

    • 著者名/発表者名
      熊谷将吾
    • 学会等名
      第6回 FRIS/DIARE Joint Workshop
    • 招待講演
  • [学会発表] Potential of pyrolytic synergistic interactions during co-pyrolysis of plastic and biomass2021

    • 著者名/発表者名
      Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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