| 研究課題/領域番号 |
20K21082
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
豊浦 和明 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60590172)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | 化学蓄熱 / 水和物 / 無機結晶構造データベース / 高速スクリーニング |
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| 研究実績の概要 |
エネルギー自給率の低い我が国において持続可能な社会を実現するためには，エネルギーの有効利用は喫緊の課題である．しかし現在，日本の一次エネルギーの約6割が熱として捨てられており，その大部分は100-250 ℃の低温産業廃熱や自動車排熱である．化学蓄熱技術はこの低品位熱エネルギーの有効利用を可能にする画期的な技術として注目されているが，社会実装に適した反応系は見出されておらず現時点で実用化の目途は立っていない．そこで本研究では，多数の無機化合物が収録されている無機結晶構造データベース (Inorganic Crystal Structure Database, ICSD) を理論計算科学とデータ科学の融合手法で高速スクリーニングすることにより，新たな反応系の網羅的かつ効率的な探索に挑戦する．
初年度は，反応系の探索空間を“ICSDに収録されている全ての水和物/無水物系”と設定し，脱水・水和過程でホスト結晶構造が不変であり単相状態で水が脱挿入可能な反応系を抽出した．具体的には，まず，ICSDに収録されている1万件余りの水和物データを抽出し，H2Oを除いた組成をもつ無水物と結晶構造の類似度を評価した．その結果，脱水・水和過程でホスト構造が不変となる反応系を22件見出した．その中で，過去に化学蓄熱材の有望系として報告されている硫酸ランタンLa2(SO4)3より蓄熱密度が高いと予想される系は14件存在した．このように，ICSDの高速スクリーニングにより，化学蓄熱に適した反応系を複数抽出することに成功した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
申請段階において，2020年度の実施項目は，“La2(SO4)3/H2O系の優れた脱水・水和挙動”と“高い蓄熱密度”を併せもつ新たな反応系をICSDから抽出することであった．研究実績概要にも記載した通り，ICSDに収録されている1万件余りの水和物データから，幾何学的特徴に基づいて脱水・水和過程でホスト構造が不変となる反応系を22件見出した．また，その中で，硫酸ランタンLa2(SO4)3より蓄熱密度が高いと予想される系は14件存在した．このように，ICSDの高速スクリーニングにより，化学蓄熱に適した反応系を複数抽出することに成功していることから，本研究は「おおむね順調に進展している」といえる．
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は，ICSDの高速スクリーニングで見出された候補反応系について，それらの蓄熱材料としてのポテンシャルを実験的に検証する．具体的には，ランキング上位の候補材料について試料合成・蓄熱性能評価を実施し，それらの実用可能性を検討する．また，実験的な検証において期待通りの結果が得られない場合は，ICSDのスクリーニング方法の改良にも着手する計画である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度は，コロナ禍のため，情報収集や成果発表の際に必要となる国内外の出張がなくなり，当初予定していた旅費が一切不要となった．また，スーパーコンピュータの利用を計画していたが，申請台数を大幅に下回る利用台数しか承認されなかったため，本プロジェクトからの支出が不要となった．以上，2点が次年度使用額が生じた主な理由である．なお，この繰り越し分は，次年度以降の計算資源確保に使用予定である．
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