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プラズマ中の炭化水素ガス分解を利用した水素生成法の飛躍的な効率向上を目指す研究

研究旨在大幅提高利用等离子体中烃类气体分解的制氢方法的效率

基本信息

批准号：
17H06934
负责人：
大宅諒
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-08-25 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17H06934/
关键词：
水素炭化水素ガスプラズマ応用工学

项目摘要

プラズマ中の炭化水素ガス分解を利用した水素生成法に注目し、分解した水素の生成・回収効率の飛躍的な向上を目指すため、プラズマ－容器壁複合系における、プラズマ中の原子・分子過程と容器壁での水素の表面過程の総合的な理解を目的とした。プラズマ中のメタンの分解に関わる原子・分子過程を、モンテカルロ法で計算するシミュレーションを行った。プラズマ中の電子と炭化水素分子の多くの衝突過程（解離、励起、電離など）を考慮に入れるため、それらの衝突断面積データを用いて、実験プラズマ条件と容器壁を考慮に入れたシミュレーションコードを作成した。シミュレーションの結果、九州大学の高周波プラズマ装置（電子温度30 eV、電子密度5×10^18 m^-3）で、導入するメタンの約63%が炭素原子まで完全に分解することが分かり、メタン分解反応の中でも電子衝突による解離が支配的であることが明らかとなった。また、高効率な水素生成のために最適なプラズマ条件の抽出も行い、分解率を90%以上に保つには、プラズマ条件として電子温度10 eV以上、電子密度10^19 m^-3以上が必要であり、プラズマ容器内の真空度は170 Pa程度（ロータリーポンプ程度）で十分であることを示した。また、容器壁表面での炭素の堆積位置をシミュレーション結果と先行研究の実験結果で比較した結果、水素プラズマによるスパッタリングが大きな影響を与えていた。このことから、水素プラズマ放電領域中に水素回収用の透過膜を設置すれば、炭素堆積を防ぎつつ高効率に水素を回収できる可能性が示唆された。さらに、実機での高周波プラズマ生成実験、プラズマ照射装置による材料表面の水素吸収・再放出実験も行い、これらの研究からプラズマ中のメタン分解の原子・分子過程と容器表面過程の総合的理解が進み、それに基づいた高効率な水素生成・回収のための装置の基本設計案を示すことができた。

In the process of carbonized water decomposition, using the method of water generation to pay attention to and decompose the water to produce a return rate, the upward target refers to the combination of atoms and molecules in the container wall, and the understanding of the surface process of the water element in the container wall. In order to analyze the process of atoms and molecules, the calculation of the process of atoms and molecules is based on the method of analyzing the process of atoms and molecules. During the process (release, excitation, isolation) of carbonized water molecules in the middle of the system, the process (release, excitation, isolation) of carbonized water molecules is tested in the process (release, excitation, isolation). The test results show that the temperature of the container wall is higher than that of the container wall. The results of the experiment, the Kyushu University high-cycle temperature (30 eV, electron density 5 × 10 ^ 18 m ^-3), the input temperature of 63% of the carbon atoms, the complete decomposition of carbon atoms, and the decomposition of carbon atoms in Kyushu University (30 eV, 5 × 10 ^ 18 m ^-3), the temperature of Kyushu University is 30 ℃, the electron density is 5 × 10 ^ 18 m ^-3. The temperature of the generator above 10 eV, the density of the electrons above 10 ^ 19 m ^-3 and the temperature of the vacuum in the container is very high. The temperature of vacuum in the container is 170 Pa. The location of the carbon stack on the surface of the container wall and the location of the carbon stack on the surface of the container were studied in advance. The results showed that the results were compared and the results were compared with each other. In the field of water consumption, the use of permeable membrane to set the filter, carbon stack to prevent the high rate of water pollution in the field of water consumption, the possibility of water recovery. In this paper, we use the high-cycle radiation equipment to test the absorption of water on the surface of the material and then release it, and to study the decomposition of atoms and molecules on the surface of the container. The basic configuration plan of the basic equipment for the generation of high-rate water content is shown in the basic configuration plan of the basic configuration plan.