燃焼を利用したクリーンなエネルギー変換

模擬バイオマス燃料（脂肪酸メチル）に灯油を20%混合した燃料の火炎です．燃えにくいバイオマス燃料を安定して燃焼させるために火炎の周囲に加熱した空気を流しています．
燃焼ガス中に含まれている水素，一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を測定するためのガスクロマトグラフです．

燃焼は人類が手に入れた熱エネルギーの発生手段であり，熱エネルギーは電力や，自動車，航空機などの動力に変換されて幅広く利用されています．例えばガソリンなどの液体燃料が持っているエネルギーは単位質量当たりで電池よりも二桁大きく，これからも自動車などの燃料として利用されると考えられますが，燃焼する過程で窒素酸化物，粒子状物質など環境や人体に悪影響を及ぼす大気汚染物質も生成されます．また化石燃料の燃焼では二酸化炭素も発生します．そこで，大気汚染物質や二酸化炭素の排出量を抑制するために，高効率でクリーンなエネルギー変換システムの開発が続けられており，燃焼を利用するシステムの高効率化や低公害化に寄与する研究に取り組んでいます．
さらに，水素をその分子中に含む燃料を燃焼させると，燃焼の途中で水素が生成します．この水素を火炎中から直接取り出し，水素を製造しながら燃焼熱を利用できるシステムを提案しています．燃料にバイオマスやアンモニアを用いることにより，カーボンニュートラル・カーボンフリーな水素製造システムとなり得ることから，その実現に向けた基礎的な研究に取り組んでいます．

教授 古畑 朋彦 FURUHATA tomohiko
研究キーワード エネルギー変換，燃焼，排ガス後処理，水素システム，燃焼計測
研究分野 流体工学熱工学化学工学
主な研究テーマ
  • 燃焼を利用した水素と熱の同時生成システムの開発
  • 尿素SCRシステムにおける尿素分解過程の研究
  • 熱交換器内伝熱面への微粒子堆積挙動の研究
研究概要

燃料の燃焼過程で発生する熱を動力等に変換するガスタービンなどのエネルギー変換システムに対しては，環境保全のために一層の高効率化と低公害化が求められています．そこで，燃料の燃焼機構の解明といった理学的研究から，燃焼装置内の噴霧燃焼を対象とした工学的研究まで幅広く取り組んでいます．また，尿素SCRシステムやEGR（排ガス再循環）システムなど燃焼装置から排出される大気汚染物質を低減するシステムに関する研究も行っています．さらに，燃料にバイオマスを用いて，カーボンニュートラルでありながら水素を熱と同時に取り出すことのできるシステムの開発に取り組んでいます．このシステムは燃料にアンモニアを用いればCO2フリーのシステムにも発展する可能性を秘めています．
提供できる技術 ・応用分野
  • 燃焼・熱流体関連計測（燃焼ガス分析，温度計測，ガス流動計測，排ガス分析，微粒子計測）
  • ボイラ，焼却炉等各種燃焼装置の高性能化，クリーン化
  • 燃焼を利用した新エネルギーシステムの開発
主要な所属学会

日本機械学会，自動車技術会，日本エネルギー学会，日本ガスタービン学会
論文
  • Time-resolved particle-scale dynamics of a particle-laden jet, Physics of Fluids, vol.35, 013309 (2023)
  • Configuration-dependent dynamics of non-spherical particles in a gas–solid fluidized bed, Chemical Engineering Journal. Vol. 465, 142969(2023)
  • EGRクーラ内へのPM堆積挙動に関する実験的研究，日本機械学会論文集，Vol.80, No.820, (2014), DOI: 10.1299/transjsme.2014tep0365
最終更新日：