エネルギー事象分野 岡崎研究室
石炭・バイオマスの高度利用
CO2回収型石炭燃焼における各種汚染物質の同時低減
石炭火力からの大量のCO2を分離プロセスなしで容易に回収できるCO2循環型石炭燃焼に特有な高いCO2濃度下での燃焼機構や各種環境汚染物質の生成・消滅機構を、燃焼炉内の局所条件との対応を含めて基礎的に解明する。
図 O2/CO2燃焼とCCS
CO2回収型石炭燃焼における極低NOx化
石炭燃焼の極低NOx化は重要である．本研究においてはCO2回収型石炭燃焼に特有な高濃度CO2と大量の排ガス循環を積極的に活用し，さらなるNOx低減の可能性を実験と化学反応解析の両面からアプローチし提案する．
図 O2/CO2燃焼における再循環ガスのミキシングと制御
最近の研究成果として，CO2がHラジカルと反応し，多量のOHラジカルが生成することを，計測と素反応解析から明らかにし， CO2の反応性がラジカルレベルでNOx生成に寄与することを示した [1,2]．さらに，CO2の反応性を活用することで， O2/CO2燃焼では，従来の空気燃焼よりもNOxを40%程度削減できることを明らかにした[2].
図 O2/CO2燃焼における二段燃焼の低NOx効果 [2]
研究成果
[1] Hirotatsu Watanabe, Takashi Marumo, Ken Okazaki. Effect of CO2 reactivity on NOx formation and reduction mechanisms in O2/CO2 combustion, Energy and Fuels, Vol. 26, pp. 938-951 (2012)
[2] Hirotatsu Watanabe, Jun-ichiro Yamamoto, Ken Okazaki. NOx formation and reduction mechanisms in staged O2/CO2 combustion, Combustion and Flame, 158 (2011) 1255-1263.
[3] Hao Liu, Ken Okazaki. Simultaneous easy CO2 recovery and drastic reduction of SOx and NOx in O2/CO2 coal combustion with heat recirculation. Fuel, 82 (2003) 1427-1436.
[4] K. Okazaki and T. Ando. NOx reduction mechanism in coal combustion with recycled CO2, Energy, 22 (1997) 207-215.
バイオマス内部反応活用によるタールの大幅削減
バイオマスガス化の高度化のためには，タール削減技術の開発が非常に重要である． 本研究では，バイオマス燃料のスケールの大きさを利用し，バイオマス燃料からタールが放出される前に，バイオマス内部でタールを分解するという， バイオマス内部反応を活用したタール低減技術を開発する．
最近の研究成果として，バイオマス内部の移動現象および反応機構のモデリングを行い，バイオマス内部反応の活用によりタールを削減できる可能性を明らかにした [1,2]
．研究成果
[1] Pious O. Okekunle, Hirotatsu Watanabe, Teeranai Pattanotai, Ken Okazaki. Effect of biomass size and aspect ratio on intra-particle tar decomposition during wood cylinder pyrolysis, Journal of Thermal Science and Technology, 7 (2012) 1-15.
[2] Pious O. Okekunle, Teeranai Pattanotai, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki. Numerical and Experimental Investigation of Intra-Particle Heat Transfer and Tar Decomposition during Pyrolysis of Wood Biomass, Journal of Thermal Science and Technology, 6 (2011) 360-375.
バイオマス水蒸気ガス化による水素製造
化石燃料の枯渇，また化石燃料の大量消費による地球温暖化が深刻な問題となっていることから，近年燃料電池などを代表とする水素エネルギーが注目されている．しかし水素は二次エネルギーであることから，一次エネルギーを用いて製造しなければならない．その一次エネルギーとして我々はバイオマス資源に着目した．バイオマスを水蒸気雰囲気下でガス化することで，高濃度の水素含有ガスを製造することができるとともに，バイオマス自身がカーボンニュートラルな資源なので，地球環境の保護にも貢献できる．本研究では，バイオマス水蒸気ガス化特性を解明することによって，水蒸気ガス化プロセスの実用化に向けた研究を行う．
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