| 研究課題/領域番号 |
20K05695
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| 研究機関 | 都城工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
山下 敏明 都城工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (80191287)
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| 研究分担者 |
野口 大輔 都城工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (00413881)
藤川 俊秀 都城工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (10777668)
淡野 公一 宮崎大学, 工学部, 教授 (50260740)
高橋 利幸 都城工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (50453535)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 共生藻 / 光触媒 / ナノミスト / 水素生産 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、薄膜光触媒の製作、ナノミストの発生、藻類からの糖生産から成り立っており、これらを統合して連続型の水素生産装置を開発する。令和2年度は、それぞれの担当で基礎的な研究を行なった。
薄膜光触媒の製作に関しては、酸化チタンをガラス基板上に薄膜した後、その薄膜上に白金助触媒を担持し、高圧水銀灯を用いて、膜厚、助触媒の担持量など、水素を発生させるための最適条件を見出した。
ナノミストの発生に関しては、種々のナノミスト発生装置を用いて、ナノミストの発生量およびナノミストの状態の評価を行なった。さらに、ナノミスト発生装置を用いてアルコールを含む水溶液をナノミストにして、水素発生を行なった。現時点での水素生産量の収率は低いものの、ナノミスト状態の試料を用いて水素生産を行うことができた。また、ナノミストの状態をレーザー光源を用いて観察する方法も見出した。
藻類からの糖生産に関しては、共生藻に限らず、微細藻類を利用した物質生産では、微細藻類の数の確保と物質生産に使う材料資源の調達が重要な課題となるため、令和２年度は、天然の植物生理活性物質を使い、微細藻類の量的課題を改善できることを明らかにした。また、共生藻の光合成の炭素源として、易可溶性材料（炭酸水素ナトリウム）の他に、条件により難溶性材料である炭酸カルシウムも使用できることが分かった。これにより、炭酸カルシウムを主成分とする貝殻など廃棄資源を材料に使える可能性がでてきた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究は水素生産装置と糖生産装置とのそれぞれの基本的な研究を行ったのち、最終的にそれらの結果を総合して連続水素生産システムを完成させる予定である。
水素生産装置の開発では、水素を生産するための酸化チタン成膜ガラスを作成し、効率よく水素を生産するための条件を明らかにしたが、今後は屋外でも使用可能なプラスティック製の基板に酸化チタンを成膜する条件を見出す必要がある。さらに、薄膜酸化チタンを組み込んだ装置の開発が必要である。さらに、ナノミスト発生装置に関しては、ナノミストの濃度が薄いことがわかったので、ナノミスト分離板の形状を変えるなどして、水素生産に最適なナノミストを作り出す必要がある。
糖生産装置の開発では、共生藻の糖分泌条件の検討および共生藻の状態評価法の検討を行っている。現時点では糖の分泌濃度が薄いために、今後、さらに条件を検討し、また、糖分泌に必要な条件の最適化を図る予定である。
このように、やや研究は遅れているもの、明らかにすべき課題は明確になっているので、次に示す計画にしたがって小型フローシステムを作成していく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の前半は水素生産装置と糖生産装置とのそれぞれについて令和２年度の結果をもとに基本的な研究を行い、後半は二つの装置で多くの水素を生産できる条件を明らかにする予定である。
水素生産装置の開発では、酸化チタン成膜のためのガラス基板上での最適条件をもとにプラスティック製の基板に酸化チタンを成膜する技術を研究分担者の野口ともに見出す。また、薄膜酸化チタンを組み込む装置の開発は、マイクロリアクターも視野に入れ、研究代表者の山下が取り組む。ナノミスト発生装置に関しては、ナノミストの濃度が薄いことがわかったので、ナノミスト分離板の形状を変えるなどして、水素発生に最適なナノミストを作り出すための検討を研究分担者の淡野と行う。また、ナノミストの状態観察はレーザーを用いて研究分担者の藤川とともに行う。
糖生産装置の開発では、共生藻の糖分泌条件の検討および共生藻の状態評価法の検討を行っている。現時点では糖の分泌濃度が薄いために、今後、さらに条件を検討し、また、糖分泌に必要な条件の最適化を研究分担者の高橋とともに図る予定である。
これらの結果をもとに、連続水素生産システムを令和４年度に完成させる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由は、光触媒の成膜およびナノミスト装置に関しての研究がやや遅れているため、成膜のためのプラスチック基板、金属ターゲットおよびナノミスト発生装置の分離板等を購入していないためである。令和3年度はこれらの物品を購入する予定である。
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