Energy-efficient bioenergy-based Power-to-X-to-Power systems with CO2 utilization

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2022年度では主に、ハイブリッド再生可能エネルギーシステムによる廃棄物から合成天然ガスへの高効率的なエネルギー変換に注目し、プロセス全体のプロセス設計、エネルギー・エクセルギー解析、環境分析、および経済性の検討を行った。主なプロセスとしては、熱分解，プラズマガス化，高温水蒸気電解，およびメタン化である。研究から得られた結果は：1）廃棄物の熱前処理で最も推奨される運転条件は、200 ℃、滞留時間30分（TR200-30）であり、未処理の廃棄物の場合と比較して、CH4の収率を30.74%向上させることができる、2）廃棄物の2段階熱変換の総合エネルギー効率は67.20-77.73%の範囲にあり、1段階熱変換プロセスに比べ最大26.69%の向上率を占めている、3）環境評価で得られた結果から、投資に対するエネルギーリターンの値は2.66-6.11の間で変化する、4）ごみ焼却RDFの原料のバイオマス混合率を0から50wt%まで増加させた場合、総合エネルギー効率が77.73から73.21%に低下するが、投資に対するエネルギーリターンが3.94から4.66に増加し、合成天然ガスの生産の炭素集約度が16.19%減少した。また、変換技術をガス化からケミカルルーピングに変更することで、同時にCO2が分離され、よりクリーンかつ高効率なエネルギー変換システムが得られる。2022年度では、ケミカルルーピングの性能向上に注目し、特に還元反応炉でのCO2再循環・再利用について検討を行った。結果としては、CO2を再循環することで、Boudouard反応により、全体的に還元反応が向上された。行われた研究から、2編の学術論文が執筆され、それぞれWaste Management誌およびJournal of Environmental Chemical Engineering誌に公開されている。