Home 大学院先進理工系科学研究科 教授 都留 稔了
罢别濒：082-424-7714 贵础齿：082-424-7714
贰-尘补颈濒：迟蝉耻谤耻＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
(注: ＊は半角@に置き換えてください)
研究成果のポイント
- 分离膜を利用して、燃焼排ガスから水蒸気と热を取り出すシステムを提案?検証した。
- 廃弃物焼却施设に导入すると、施设外部からの水の供给を不要にすると同时に、燃焼热の70%を回収できることが分かった。
- 提案システムは、廃弃物焼却施设だけでなく、火力発电所や化学プラントなどあらゆる水蒸気排出源にも适用できると考えられる。
概要
広岛大学大学院先进理工系科学研究科の森山教洋助教、长泽寛规助教、金指正言教授、都留稔了教授らの研究グループは、独自に开発したオルガノシリカ※1膜を用いて、燃焼排ガスから水蒸気を回収するシステムを提案しました。回収された高温の水蒸気は热回収されたのちに水资源として利用されます。株式会社プランテックおよびイーセップ株式会社との共同研究によって、稼働中の廃弃物焼却施设において提案システムの有効性を実証しました。
本研究成果は、英国科学誌?Nature Communications?に11月23日付で掲載されました。
论文情报
- 論文題目：Steam recovery from flue gas by organosilica membranes for simultaneous harvesting of water and energy
- 著者名：Norihiro Moriyama1, Akihiro Takeyama2, Taichi Yamatoko2, Ken-ichi Sawamura3, Koji Gonoi3, Hiroki Nagasawa1, Masakoto Kanezashi1, Toshinori Tsuru1*
1.広岛大学大学院先进理工系科学研究科化学工学プログラム
2.株式会社プランテック
3.イーセップ株式会社
*责任着者 - 掲载雑誌：Nature Communications
- 年?号?番号：2023?14?7641
背景
水やエネルギーの有効利用は世界的な课题です。饮料であるだけでなく有用な热媒体でもある水は、温水または水蒸気として大量に产业利用されています。特に、水蒸気の持つエネルギーは大きく、プロセスに存在するエネルギーロスの多くが烟道ガス※2に含まれる水蒸気に起因します。烟道ガスから水蒸気のみを回収し、热と水を再利用することが期待されますが、现在は一部のプロセスで実现されるにとどまっています。
窒素や酸素は透过させず、水蒸気のみを透过させる分离膜は、これまでに知られていました。しかし、长期の水热安定性(150-200℃程度)に技术的课题があり、高温での水蒸気回収技术としての応用は困难でした。
研究成果の内容
本研究グループで開発した水熱安定性に優れるオルガノシリカ膜を用いて、煙道ガスから水蒸気を回収するシステム(図1)を提案しました。本システムでは膜を介して極めて純度の高い水蒸気74 t/dが回収され、潜熱利用後に液体となった水が噴霧水として再利用されます。本システムの導入により、施設外部からの水供給が不要となるため、近くに大規模な水源がなくても運転することが可能となります。また、水蒸気回収後の煙道ガスは水分が少ないため、煙突から白煙(凝縮した水蒸気)が生じないという副次効果も期待されます。
模擬ガス(水蒸気、空気、塩化水素を含む)からの水蒸気回収試験をラボスケールで半年以上行い、オルガノシリカ膜の水熱安定性を確認しました。150℃以上の水蒸気に対する安定性としては世界で最長の報告になります。次いで、ベンチスケールのオルガノシリカ膜ユニットを稼働中の廃棄物焼却施設内で使用し、実ガス条件下で水蒸気回収を行えることを実証しました。ラボ、ベンチスケールでの実験データをもとにシミュレーションを行った結果、噴霧水に必要な74 t/dの水蒸気を回収した場合、システム動力を差し引いた正味の熱：約200 GJ/dを回収できることが明らかとなりました。これは廃棄物燃焼熱の約70％回収に相当します。
今后の展开
本研究は、新たな水源として水蒸気の可能性を明らかにするとともに、水蒸気の有するエネルギーを利用することで更なる省エネルギー化が可能となることを明らかにしました。水资源?エネルギー资源に関する世界的课题に対し、新たなソリューションを提供するものです。廃弃物焼却施设への导入は一例に过ぎず、火力発电所や化学プラントなど、水蒸気を大気に排出しているあらゆる排出源への导入も可能となります。工业地帯から白烟(凝缩した水蒸気)が立ち上る光景を目にする机会は少なくなるかもしれません。
参考资料
図1 水蒸気回収システムを组み込んだ廃弃物焼却施设
本研究は、ERCA環境研究総合推進費?水蒸気回収膜を用いた新規な環境配慮型廃棄物処理システムの実証(JPMEERF20201G02)、JSPS科学研究費助成事業(19K22085、20H05227, 22H04551, 22K18922, 19J22400)の支援を受けました。
用语説明
(※1)オルガノシリカ：シリカ(≡厂颈-翱-厂颈≡结合のみで构成される)の一部を≡厂颈-颁nHm-厂颈≡结合に置き替えた化合物。一般的なシリカは厂颈-翱结合が加水分解されるため、水热安定性に课题があるが、オルガノシリカは厂颈-颁结合部分が加水分解されないために水热安定性に优れる。
(※2)煙道ガス：パイプやチャンネルなどの煙道により大気中へ排出するガスのこと。例えば、発電所で発生する燃焼ガスなどがこれにあたる。通常、水蒸気のほかに窒素、酸素、二酸化炭素が含まれる。更に、粒子状物質 (すす等)、一酸化窒素等の汚染物質が少量含まれていることもある。
【お问い合わせ先】
