多孔質媒体のハイドレート生成・分解の実験的解釈と熱・物質移動特性のモデル化

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05346
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 今野 義浩 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80739558)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神 裕介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (30462857)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ハイドレート / 堆積物 / セミクラスレート

Outline of Annual Research Achievements

初年度は、おもに以下の2点について研究を進めた。
模擬堆積物の構成粒子に関する検討：
ハイドレートの生成環境、ならびに、X線による観察に適した模擬堆積物構成粒子を検討するため、ジルコニアボール、粒径分布のばらつきが比較的大きいガラスビーズ、粒径の揃ったガラスビーズを用いて、X線CT装置による観察を行った。孔隙分布の再現性の高さや、X線による視認性の高さなどから、粒径の揃ったガラスビーズが本研究の目的に最も合致していることが明らかになった。
ハイドレート生成法に関する検討：
自然界のハイドレート生成環境を再現するため、水リッチ環境下でのハイドレート生成法を検討した。従来のガス溶解法は、生成時間などの実験上の制約が大きいため、セミクラスレートハイドレート(準水和物)の使用を検討した。当初想定していたテトラブチルアンモニウムブロミド（TBAB）に加え、テトラブチルアンモニウムクロリド（TBACl）を用い、ハイドレート生成実験とX線CT装置による観察を行った。その結果、ハイドレート生成時間の短縮やX線による視認性の観点などから、これらのセミクラスレートハイドレートが水リッチ環境下でのハイドレート生成に有用であることが明らかになった。また、ガスリッチ環境下でのハイドレート生成法として、高圧ガス保安法に抵触しない低圧下でのハイドレート生成が可能な代替フロンの可能性を検討した。以上のほか、X線による観察時の造影剤の効果も期待できるCO2の可能性を探査した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

自然界のハイドレート生成環境を再現するためには、水リッチ環境下でのハイドレート生成法の確立が必須であるが、従来のガス溶解法は膨大なハイドレート生成時間を必要とし、また、メタンなどを使用する場合は高圧ガス設備を必要とするため、実験上の制約が大きかった。そこで本研究では、セミクラスレートハイドレートの使用を検討し、有用であることを明らかにした。以上の成果は今後の研究展開において重要な知見であり、初年度の進捗としては順調と判断した。

Strategy for Future Research Activity

上述の模擬ハイドレート堆積物作成手法を用いて、様々なハイドレートモホロジーの再現を試みる。この中で、模擬堆積物構成粒子の水濡れ性の制御手法について検討を進める。既存の有限要素法による計算結果と相互比較することで、水理特性を推定する。

Causes of Carryover

COVID-19の影響により、年度末に実施予定だった実験が行えず、また、参加を計画していた学会のキャンセル・延期が重なったため次年度使用額が生じた。COVID-19の影響を注視しながら計画的に準備を進めるとともに、必要に応じて計算研究の比重を高めるなどして、研究目的を達成する。