2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of next generation energy teaching materials for the acquisition of "carbon neutral" concepts
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22K02512
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
長南 幸安 弘前大学, 教育学部, 教授 (30250674)
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2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | カーボンニュートラル / メタンハイドレート / クリーンエネルギー / 水蒸気改質 / 水素エネルギー / アンモニア燃料 / カーボンフリー燃料 / 炭素循環 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、地球温暖化問題解決のために必要な温室効果ガス削減を実現する上で重要な概念である「カーボンニュートラル」（炭素循環）獲得を考慮した次世代エネルギー技術を教育現場で実践・実感できるエネルギー教材を新たに開発することである。
今年度の成果の1点目として前年度開発したメタンハイドレートの教材の改良と実践を行った。メタンハイドレートを90分以内という短時間で合成する方法を開発したものである。この教材を用いて、高等学校において授業実践を行い、教材の検証を行った。
二つ目の成果として、「水素」製造の教材化である。電気利用による水素の製造は、コスト的・エネルギー的に効率が悪く、現在はメタンと水からの水蒸気改質という方法で製造されている。この水蒸気改質の教材化に前年度は成功していたが、発生する水素の量が少なく効率が悪い条件であった。今年度は、水蒸気改質に用いる触媒を事前にメタンと加熱することで、水素の発生量が増加する条件を見いだした。
三つ目に水素の発生方法として、林檎ジュース製造時の産業廃棄物である搾汁残渣から生物発酵による水素製造の教材化を行った。既に生物発酵による水素製造の教材は、市販されているが、価格が高い。それをペットボトルなどの身近な材料を使い、安価で簡易な教材化に成功した。四つ目として次世代燃料として近年開発が進んでいる「アンモニア」の教材化である。前年度、アンモニアが注目されるメリットを液化・運搬という観点から学習できる教材を考案していた。その教材を高等学校において授業実践を行い、教材の検証を行った。
五つ目は、二酸化炭素の削減方法についてである。二酸化炭素の回収・貯留の「海底貯留方式」に着目した。海底の低温・高圧で安定した状態を保つことができるガスハイドレート化を、簡易的かつ短時間で二酸化炭素ハイドレートの生成の教材化を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
二年目の成果としては、計画通りの進度で進められたと考えている。根拠として、先ずはメタンハイドレートの教材化であるが、従来本研究室では簡易で短時間の合成方法を開発しており、その実験手順や実験条件を検討することで、初年度は90分以内という時間まで短縮することが出来た。この教材を、学校教育現場において授業実践を行い、予定通りに検証することが出来た。
次にカーボンニュートラル実現のためカーボンフリーな燃料として注目されている「水素」と「アンモニア」についてである。この研究の目的である最新の科学技術を実感できる実験教材の開発という理念に適した実験の開発とその改良に成功することが出来た。水素については、電気分解ではなく、水蒸気改質という方法で供給されていることを実感出来る教材の触媒改良による効率化と、林檎搾汁残渣の生物発酵による「バイオ水素」の教材化開発、アンモニアに関してはそのメリットである物性と燃料として機能性の確認が出来る教授方法の実践も計画通りに達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
1）メタンハイドレートの教材化においては、高い再現性は得られているが、失敗することなく確実に合成できる実験方法の更なる検討を行う。またこの教材を用いた授業実践を進め検証を行い、教育現場でも活用できるような教材へのブラッシュアップを図る。
2）カーボンニュートラル（炭素循環）が実感できるバイオ燃料の教材開発と改良を行う。既に糖含有植物でありエネルギー作物であるスイートソルガムを素材としたバイオエタノールとしての研究は開発しているが、この得られたバイオエタノールのエネルギー教材として適したエネルギー変換方法の教材化を進める。
3）クリーンなエネルギーとしての「水素」の教材開発と検証を進める。現在は、現状の主な製造方法・供給方法である水蒸気改質の教材化へ実験室レベルでの実験方法は見いだせたので、教育現場での実践を通して、その改良・克服に努める。また開発した水素発酵によるバイオ水素の生成という最新の科学技術を実感できる実験方法の改良を進める。
4）カーボンフリー燃料として注目をされている「アンモニア」の物性と燃料として性能についての教材化の改良と実践を進める。教育現場での活用には、化学物質としての安全性や燃焼実験での安全性など解決すべき課題があるので、それらに配慮した実践を行い検証する。
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| Causes of Carryover |
申請書作成時、設備備品費として計上していた高圧反応装置であるが、採択結果通達前に幸いにも他の予算により購入・準備が出来て、この予算での購入する必要がなくなったため。この予算を、２年度目に実践活動を増やし旅費として使用する予定であったが、大学の職務で多忙になったため、実践活動の回数を増やすことが出来なかったため。
翌年度の使用計画としては、教材開発が研究成果が予定よりも早く進んでいるため、その成果発表のための旅費の増加分、および教育現場での実践活動旅費の増加分として利用する計画である。
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