バイオエネルギーによる電力と燃料との高効率相互変換およびCO2利用システム

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22KF0080
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: アズイッズ ムハンマッド 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40611190)
• 研究分担者: KUO PO-CHIH 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• キーワード: バイオエネルギー / CO2利用 / 水素 / 電力

研究実績の概要

本研究では、最初に熱重量測定と示差熱分析を用いて、酸化鉄酸素キャリアを用いたリグノセルロース系のバイオマス成分（ヘミセルロース、セルロース、リグニン）のCO2アシストケミカルルーピングガス化を実験にて研究した。従来のガス化プロセスと比べて、金属酸化物酸素キャリアをガス化プロセスに適用することで、より高効率なエネルギー変換ができた。この技術は、金属酸化物酸素キャリアによる触媒効果と格子状酸素の相乗効果により、バイオマスの転換と合成ガスの品質を向上させることができた。次に、バイオマスを化学物質（水素、アンモニア、メタン、メタノール、合成ガスなど）や再生可能な電力に変換するための、高効率で経済的競争力があり、環境にも配慮した様々な経路を探索した。そのために、プロセスシミュレーションツールを用いて、バイオマスをベースとしたエネルギーシステムと燃料電池との統合化を行った。SOFC、SOEC、電気分解、プラズマガス化炉を含む複数のモデルを開発し、熱力学的効率と環境影響の観点からシステム全体の性能を解析した。行われた研究から、8件の学術論文を執筆・公開するができ、非常に高い成果が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Synergistic solar energy integration for enhanced biomass chemical looping hydrogen production: Thermodynamics and techno-economic analyses (2024)
  • 著者名/発表者名: Chen Xiangxiang、Sun Zhuang、Kuo Po-Chih、Aziz Muhammad
  • 雑誌名: Chemical Engineering Journal 巻: 485 ページ: 149734～149734
  • DOI: 10.1016/j.cej.2024.149734
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel renewable seawater desalination system using hydrogen as energy carrier for self-sustaining community (2024)
  • 著者名/発表者名: Wen Du、Kuo Po-Chih、Aziz Muhammad
  • 雑誌名: Desalination 巻: 579 ページ: 117475～117475
  • DOI: 10.1016/j.desal.2024.117475
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Carbon-negative olefins production from biomass and solar energy via direct chemical looping (2024)
  • 著者名/発表者名: Chen Xiangxiang、Sun Zhuang、Kuo Po-Chih、Aziz Muhammad
  • 雑誌名: Energy 巻: 289 ページ: 129943～129943
  • DOI: 10.1016/j.energy.2023.129943
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient conversion of waste-to-SNG via hybrid renewable energy systems for circular economy: Process design, energy, and environmental analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Kuo Po-Chih、Illathukandy Biju、Sun Zhuang、Aziz Muhammad
  • 雑誌名: Waste Management 巻: 166 ページ: 1～12
  • DOI: 10.1016/j.wasman.2023.04.041
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reaction kinetics study in direct chemical looping process based on a multi-step reaction scheme (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Zhuang、Ding Lu、Kuo Po-Chih、Aziz Muhammad
  • 雑誌名: Fuel 巻: 349 ページ: 128736～128736
  • DOI: 10.1016/j.fuel.2023.128736
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] CO₂-Assisted Chemical Looping Process of Lignocellulosic Biomass: Thermogravimetric Behaviors, Kinetics, and Product Distribution (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Zhuang、Kuo Po-Chih、Chen Xiangxiang、Aziz Muhammad
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 11 ページ: 17826～17836
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c06272
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced decomposition of biomass tar using low concentration copper doped hematite in direct chemical looping process (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Zhuang、Kuo Po-Chih、Ding Lu、Aziz Muhammad
  • 雑誌名: Fuel Processing Technology 巻: 241 ページ: 107601～107601
  • DOI: 10.1016/j.fuproc.2022.107601
• [産業財産権] 低炭素高炉製鉄のためのクリーンな還元ガスの製造方法 (2023)
  • 発明者名: 2.クオ ポチ, アズィッズ ムハンマッド, ソン ジョウ
  • 権利者名: 2.クオ ポチ, アズィッズ ムハンマッド, ソン ジョウ
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2023- 94036