| 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 / スパッタリング |
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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3年度は、令和2年度に引き続き、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、LED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。また、様々な場所で酸化チタン薄膜が使用できるように、折り曲げ可能なプラスチック上にも成膜を行い、水素発生ができることを確認した。
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や糖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。
藻類からの糖生産に関しては、光触媒による水素生産に必要なマルトースを分泌する藻類を培養するための培養液の検討を行った。培養液として、MgSO4・7H2O、KNO3、Ca(NO3)2・4H2O、NH4NO3、β-グリセロりん酸二ナトリウム、ビタミンB12、ビオチン等を用いたが、その中で水素発生を阻害する成分があることがわかった。また、藻類が生育するためのpH条件等を細胞数から明らかにした。
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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および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した。今後は、さらに水素発生効率を向上できる基板での検討を行う予定である。
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、ミスト発生の方法を変えるなどして、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、共生藻の培養液や糖分泌条件の検討を行っている。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。
ナノミスト発生および糖生産装置の開発に関しては遅れているもの、酸化チタン成膜に関しては、ほぼ順調に進んでいる。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研究を遂行していく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和４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３年度の結果をもとに研究を推し進め、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、ミスト発生の方法やミスト発生装置を改良するなどして、水素生産のための最適条件を見出していく。
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分担者の高橋とともに遂行する予定である。
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 |
新型コロナウイルス感染による研究の遅延により、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部品等を購入していないためである。令和４年度はこれらの物品を購入する予定である。
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