流れ場・CO2濃度・温度分布の直接観察によるCO2ハイドレート生成機構の解明

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CO2ハイドレート（CH）は，水分子が規則的に籠構造で結合してそれぞれの籠にCO2分子が一つずつ入った物質である．CHに取り込まれたCO2は気体のときよりも高密度になるので，CHはCO2の貯蔵性が高いという特長がある．燃焼ガスからCO2だけを吸収したり，海水から真水だけを取り出すことができるので，CHはSDGsの達成に寄与するキーテクノロジーとみなされており，その「生成促進技術」に注目が集まっている．しかしながら，CH生成場で何が起こっているのかを直接的に観察する装置の開発はまだ行われていない．本研究では，CH生成の流れ場，CO2溶解挙動，そして温度分布の観察を実現する計測装置を構築する．本研究の目的は，「生成反応部の流れ場，CO2溶解挙動，温度分布の同期計測手法を確立」し，「本手法を用いて非撹拌条件下におけるシクロペンタン（CP）を添加したCHの生成開始に至る機構の解明」を通して観測装置としての有効性を示すことである．本研究の学術的独自性と創造性は，CH生成反応の観察方法にある．本研究では，画像相関法（PIV）で流れ場を，pH指示薬でCO2濃度を可視化し，多点温度センサを容器内に複数挿入して温度場を計測する．これらの計測を同期させて現象を複眼的に観察しようとする試みは他に類がない．したがって，この観察手法が構築できれば，可視化計測分野においても，CH分野においても，学術的意義は大きい．今年度に実施した内容を以下に示す．〇実験系の構築：可視化されたハイドレート生成容器を製作した．可視化容器は，既存実験系のハイドレート生成容器の形状と寸法をもとに設計した．〇流れ場の可視化：可視容器の機能を確認することを目的として，大気圧条件下で流れ場の可視化実験を行った．