2022 Fiscal Year Research-status Report
Verification of catalyst flow, catalyst activity and reforming performance by plasma jet in a plasma-catalitic gas reforming
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22K18918
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
小林 信介 岐阜大学, 大学院工学研究科, 教授 (30345920)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 噴流層 / 触媒 / ガス改質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二酸化炭素排出量削減の観点から，誘電体バリア放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD)により触媒を活性させると同時にプラズマ化した反応ガスを活性触媒に接触させることで合成を行うプラズマ-触媒複合システム(Plasma-Catalytic System, PCS)を用い，低温・常圧下においてスイッチ一つでCO2から合成ガスやアルコールなどの化学出発原料を直接合成可能な新たな高効率ガス改質装置の開発する．PCSの効率化においてはプラズマと触媒粒子の相互作業が鍵となることから，本研究では反応制御，特に温度制御に大きな課題を抱える固定層PCSに対して，触媒粒子を流動・循環させることで常にフレッシュなプラズマと触媒粒子を効率的に接触させることが可能な噴流層PCSの開発を実施した．今年度は噴流層PCS制御において重要なとなる充填粒子性状および粒子充填量が反応ガスの転化率に及ぼす影響について評価を行なった．充填粒子には触媒粒子や導電性の高いカーボン粒子，銅粒子を用い，反応ガスにはCO2を用いた．
実験の結果，導電性粒子を充填することにより低印加電圧でプラズマの生成が可能であることが明らかとなった．ただし，銅粒子を用いた場合には改質時に微粒子の一部が溶融し，層内に付着してしまうことが明らかになった．一方で，カーボン粒子を用いた場合には低印加電圧でプラズマ生成が可能であるとともに，長時間の運転が可能であることがわかった．カーボン粒子の充填量を変化させた場合，層内の粒子密度によりプラズマ分布が大きく異なり，また充填量の増大ともに反応ガスの転化率も大きく異なること分かった．ただし，粒子充填量が多くなると逆に転化率が低下する傾向も見られた．噴流層PCSは固定層PCSに比べて高い転化率が得られるものの，最適流動化条件および充填量の選択が重要であることがわかった．
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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
噴流層PCS装置開発を目的として，装置開発に重要因子となる粒子充填とガス改質の関係について実験的検討を実施した．2022年度は噴流層内の充填粒子がガス開改質に与える影響について検討を実施した．計画の通り，実験を実施しており，期待した成果が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
想定していた通り，噴流層PCSは固定層PCSよりも高いガス変換効率を実現可能であることが明らかになった．ただ，装置開発においては噴流層PCSにおけるガス改質のメカニズムの詳細について明らかにする必要がある．特に，層内粒子密度によりガス改質挙動が大きく異なっていることから，層内粒子密度とプラズマ強度およびガス改質の関係について定量的に明らかにする必要がある．
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