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バイオマスの化学エネルギーを電気エネルギーに変換し、エネルギー問題に貢献したい!

RESEARCHER
提案法の図。(左:炭素の化学エネルギーを金属イオンの化学エネルギーに変換・貯蔵 右:金属イオンとして貯蔵したエネルギーと空気中のO<sub>2</sub>から発電)

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反応によって、50 %以上の発電効率を達成。金属イオンにはバナジルイオンを使っているが、様々な金属イオンを試して効率をあげる反応プロセスを研究している。

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研究室の実験装置の写真。

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研究室の実験装置と、実際のプラント規模へのスケールアップに向けた様々な概念設計。

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原料の褐炭や木くず、バイオマスと反応させる無機溶液(VOSO<sub>4</sub>、CuSO<sub>4</sub>の水溶液)。

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どんなタネ?

褐炭は石炭の中で質の悪いものです。現状、褐炭・バイオマスなどの固体燃料による発電では火力発電が利用されていますが、火力発電では熱エネルギーに変換して電気エネルギーにする間に大きなエネルギー(エクセルギー)ロスが生じます。そこで、固体燃料の化学エネルギーを熱エネルギーにすることなく電気エネルギーに変換する方法を開発しました。褐炭・バイオマスにより金属イオンを還元し、還元された金属イオンとしてエネルギー貯蔵します。これを酸化する過程で電力を取り出すことで、80%近い理論発電効率となります。さらに、この反応ではCO<sub>2</sub>の中に空気中の窒素が入ってこないため、CO<sub>2</sub>の分離回収をしやすいというメリットがあります。

なぜ研究を始めた?

エネルギーの問題に対して貢献できる研究がしたいと常々思っています。バイオマスの発電は発電効率が非常に低く、日本では普及が進んでいないため、何とかならないかなと思っていました。そして、反応工学の中でも固体を扱った反応に取り組む中で、高効率化を目指したいと考えました。

現在、実験室レベルでは装置が組みあがり結果を出していますが、これから実際のスケールに段階的に近づけた装置を用いた研究が必要です。

なにを変える?

日本にはエネルギー資源が豊富でなく、エネルギーの安全保障における問題です。つまり、質の悪いものをうまく使う技術がとても重要といえます。まだあまり使われていない褐炭やバイオマスの高効率利用法を開発することは、自国でエネルギーを確保することへの貢献になると期待してます。

研究は、先にコンセプトを思いついて、実験で確かめながら進めていきます。ある条件で反応が起こると思っていても、だいたい予想とは異なる結果がでてくる中で、新しいアプローチでコンセプトを達成するところに、研究の面白味があります。

なにが必要?

最終的には実用化までもっていきたいです。そのためには企業と一緒に開発を進める必要があり、現在、そのパートナー探しをしています。例えば、エネルギー関連プラントのエンジニアリングの会社や、石炭を取り扱う実績のある会社、また関連する装置やシステムの設計の会社などとの連携が必要です。エネルギー関連事業は大きなプロジェクトになり、一つの企業が単独で研究開発することは難しいといえます。国の研究費を活用して事業化していきたいと考えます。

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INTERVIEW
桂産直便
バイオマスの化学エネルギーを電気エネルギーに変換し、エネルギー問題に貢献したい!

2022.01.25

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工学研究科 合成・生物化学専攻