【研究領域課題番号】21K18615 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

プラズマ化学 / プラズマ触媒 / カーボンリサイクル / 炭素循環 / カーボンニュートラル / 二酸化炭素 / メタノール / メタン / 触媒反応

【研究成果の概要】

メタノール合成に用いる高活性触媒としてCuZn/Al2O3合金触媒を用い，誘電体バリア放電（DBD, Dielectric Barrier Discharge）の組み合わせによる反応促進効果を確認するとともに反応機構を明らかにした。DBDを照射したまま赤外吸収分光分析が可能な装置を新たに開発し，熱反応とプラズマ反応による表面化学種の違いを同定した。熱反応では，CO2とH2の混合ガス（H2/CO2 = 3）を流通させると炭酸塩（CO3*）の形成を確認できた。常温から500℃まで昇温すると炭酸塩のピークがわずかに増加したが，それ以外の変化はなかった。しかし，DBDを作用させると炭酸塩のピーク強度が顕著に強くなるとともに，ギ酸塩（formate：HCOO）の形成を確認できた。これらのピークは触媒温度に対して大きな変化を示し，この点も熱反応と明らかに異なる挙動を示した。CO2とH2を単独で交互に流通させて同様の実験を行った。H2をプラズマで励起するとCuに吸着したCu-Hに起因するブロードなピークが顕在化した。Hが吸着するとCuZnの伝導体に電子を供与するためCuZnの自由電子が増加し，赤外長波長域でプラズモン共鳴により触媒の赤外吸収（ベースライン）が増大することが明らかになった。DBDがCO2を振動励起させることは当初から想定していたが，プラズマはH2も効果的に励起しており，その結果スピルオーバーを促進してCH3OHおよびCH4を生成することを初めて明らかにした。吸着種の振動信号を獲得できない場合でも，電荷移動によるプラズモン共鳴を利用した反応診断の可能性を示したことも重要な成果である。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2021-07-09 - 2023-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究領域課題番号】19H02807 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

SOEC / CO2電気分解 / 炭素循環 / カーボンニュートラル / CO / 二酸化炭素資源化 / 電気分解 / 一酸化炭素 / 二酸化炭素 / 資源化

【研究成果の概要】

二酸化炭素(CO2)を資源として循環する炭素循環エネルギーシステムの産業実装による産業の革新的な低炭素化が本研究のゴールである。CO2の還元・資源化がキーテクノロジーであり、本研究では固体酸化物電気分解セル（Solid Oxide Electrolysis Cell、SOEC）を用いたCO2還元によるCO2資源化を目指している。社会実装に必要な大量還元の大面積化を実現するため、金属基板上にSOECを製膜した新たな金属基板支持SOEC (MS-SOEC)の開発を進め、セルの大面積化、大規模CO2還元の可能性を示し、合わせて、積層化（スタック化）のための技術課題の解決を目指した。
SOECの構造は既に実用が進んでいる固体酸化物燃料電池（SOFC）と同等の構成を有している。技術のボトルネックはセルの大面積化である。そこで金属基板上にSOECを製膜した金属基板支持SOEC (Metal Supported-SOEC, MS-SOEC)を開発した。本研究ではMS-SOECの大面積化、スタック化の課題の特定と解決を進め、大容量CO2還元の概念実証を目的とする。大面積セルの製作パラメータは金属基板構造、大気圧プラズマ溶射にそれぞれにあり、これらの製作パラメータの最適化を行い性能向上を計った。MS~SOECによるCO2電気分解そして一酸化炭素（CO）、酸素生成の実証に成功している。他に事例が見られず独自性の高い成果と判断された。COは炭素材料の素材物質として有用である。本研究ではMS-SOECの製作と実験的検討を行い、MS-SOECの有用性を検討することとした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】森林科学

【研究領域課題番号】17H01477 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

炭素循環 / 温暖化 / 気候変動 / 熱帯林 / 二酸化炭素

【研究成果の概要】

当初、東南アジア熱帯林全域に多数の観測点からなる森林簿ネットワークを構築し、森林炭素収支の統合解析を行おうとした。しかし、今般の新型コロナウィルス感染拡大により、ほとんどの観測点の構築が頓挫した。そのような環境下で、（１）ベトナムの高地針広混交林サイトの設定に成功した。（２）ミャンマーの森林炭素収支において、違法伐採の影響は大きく、その評価の成否が極めて重要であることが明らかになった。（３）日本の総森林炭素蓄積の再評価を行い、これまでの推定の２倍以上の蓄積を明らかにした。（４）全球スケールに適用可能な革新的な個体ベース森林動態シミュレータの開発を進めることができた。

【研究の社会的意義】

気候変動を引き起こす温暖化の最大要因は大気中CO2濃度の上昇である。現在気候のメカニズム把握と将来気候予測のためには、熱帯林における炭素貯留能力を知ることが極めて重要であることが分かってきた。その中でも、東南アジア熱帯林域は、世界で最も森林破壊が進み、重大なCO2放出源として認識されている。それにもかかわらず、東南アジア熱帯林炭素収支に関するデータは他の熱帯林域に比べ圧倒的に不足している。本研究が目指した、東南アジア熱帯林全域における信頼に足る森林炭素収支の推定は、学術的にも科学的事実の空白地帯を埋めることを意味し、また、社会的には、脱炭素社会の実現に多大に寄与するものである。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)

【研究分野】エネルギー学

【研究領域課題番号】16H04644 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

二酸化炭素 / 二酸化炭素再資源化 / 電気分解 / 固体酸化物 / MS-SOEC / 低炭素 / 再資源化 / 個体酸化物電気分解セル / 二酸化炭素資源化 / 固体酸化物電気分解セル / 金属基盤 / 炭素循環

【研究成果の概要】

金属基盤固体酸化物電気分解セル（MS-SOEC）を改良し、電気分解性能の向上を進めた。金属基盤にガス拡散向けのμｍオーダーの細孔を多数開けた。SOEC本体のアノード、カソード層は大気プラズマスプレー法（APS）を用いた。CO2電気分解試験を行った。目的のCO2の電気分解によるCO、O2の生成を確認し、製作したセルがMS-SOECとして機能することを実証した。当初計画したMS-SOECの製作と、作動実証ができたことで、研究目的を達成したと判断された。

【研究の社会的意義】

金属基盤固体酸化物電気分解セル（MS-SOEC）でのCO2電界の報告は他に無く、恐らく世界最初の成果と考えられた。なお、反応時の経時変化をSEM,XRD等で観察、測定し、十分な耐久性を確認した。MS-SOECの実証によりCO2の大規模な資源化に道を開いた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】24340138 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

二酸化炭素 / 水-岩石反応 / 炭素循環

【研究成果の概要】

地球初期(始生代)表層環境(二酸化炭素分圧・酸素分圧・メタン分圧)の推定については活発な議論が行われているが、未だに決着がついていない。一般的に、地球表層環境に及ぼす各気体分圧の影響が大きいと認められているにも関わらず、実際の研究でその関係を確認できていないためである。本研究の目的はこの点を確認することにあって、平成26年度の内容は以下のようにまとめることができる。
①玄武岩-海水-二酸化炭素反応の実験：平成24年度から継続してきた二酸化炭素反応実験装置による溶解実験を行った。本年度は主として島弧および海嶺玄武岩試料に対するCO2・H2Oの反応実験を行った。25年度における反応条件（CO2分圧＝0,1,5MPa, 反応温度＝40℃）は変更せず、撹拌翼を用いた気液混合効果について検討した。その結果、撹拌が反応律速において効果的であることが分った。
②玄武岩の種類による溶解速度定数の検討：前年度の実験で開放系(流通系)と閉鎖系(バッチ系)で溶解速度が異なることが分かっている。富士山系玄武岩(島弧玄武岩)で水-岩石反応を閉鎖系で行った場合、k=10-11.7(２５℃、ｐＨ＝6～7)となり、開放系のk=10-10.7(２５℃、ｐＨ＝6～7)と大きく異なる。これはpHと温度による差異と結論できる。
③水素イオン濃度と溶解速度反応の実験：一般に、水溶液と水素イオン濃度の関係は化学反応における溶解度律速論として論じられており、特に、水‐岩石反応では中性域において顕著な変化をもたらすと言われている。このため、今回は水溶液のpHを6.9～7.2に保持しながら実験を行った。その結果、島弧玄武岩の溶解速度は海嶺玄武岩よりも大きい事が分った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】リサイクル工学

【研究領域課題番号】24656550 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

二酸化炭素 / 電気分解 / 再生可能エネルギー / 負荷平準化 / 炭素資源再生 / 電気分解セル / 一酸化炭素 / 炭素循環 / 還元

【研究成果の概要】

再生可能エネルギーを活用した二酸化炭素（CO2）の直接還元炭素資源再生を目的に電気分解セルを製作しCO2電気分解の実証を行った。実験より再生一酸化炭素:酸素生成比がほぼ1:0.5となり、Faraday則に応じて化学量論的に電気分解が進むことを確認した。得られた実験データを基に製鉄プロセスへの本技術の応用可能性を検討したところ、本SOECシステムの貢献が確認された。以上からCO2の直接還元炭素資源再生、再生可能エネルギーの負荷平準化への貢献性に必要な実験データが得られた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】自然地理学

【研究領域課題番号】08041100 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ礁 / 二酸化炭素 / 環境変動 / サンゴ / オーストラリア / パラオ / 炭素循環

【研究成果の概要】

サンゴ礁は、光合成と石灰化とを通じて地球規模の炭素循環に関わっている.また炭素循環過程は、数1000年オーダーでの環境変動とそれに伴うサンゴ礁地形の形成とともに変化してきたと考えられる.本研究では,代表的な大陸型の堡礁であるグレートバリアリ-フと大洋島型の堡礁であるパラオ諸島とにおいて,サンゴ礁地形と生物分布,サンゴ礁上における生産速度,外洋-堡礁-ラグーン間での海水と炭素の収支、サンゴ礁地形の形成過程とサンゴ礁・サンゴに残された過去の環境変動の歴史について調査研究をおこなった.その結果以下のことが明らかになった.1)堡礁地形は礁原とラグーン(礁湖)とからなる.礁原はさらに海側から礁縁,礁嶺,礁舗,砂地に分けられ,顕著な地形/生物分帯構成をもっている;2)こうしたサンゴ礁地形とサンゴ分布の帯状構造は、空中写真と衛星によるリモートセンシングによって効果的に区分できる;3)堡礁の地形は8000年前以降の海水面の急激な上昇によって作られ,4000年前以降の海面安定とにともなって分帯構成が発達した;4)堡礁の礁原上では石灰化生産(130mmolCm^<-2>日^<-1>)を上回る純光合成生産(167mmolCm^<-2>日^<-1>)がある;5)生産された有機物は,これが堡礁礁原をこえる上げ潮,下げ潮の流れによって,溶存態/粒子状の形態で,外洋とラグーンに運搬される.

【研究種目】国際学術研究

【研究期間】1996 - 1997

【配分額】11,700千円 (直接経費: 11,700千円)