Development of next generation energy teaching materials for the acquisition of "carbon neutral" concepts

开发下一代能源教材以获取“碳中和”概念

基本信息

批准号：
22K02512
负责人：
長南幸安
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hirosaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K02512/
关键词：
カーボンニュートラルメタンハイドレートクリーンエネルギー水蒸気改質水素エネルギーアンモニア燃料カーボンフリー燃料炭素循環バイオエタノールクルーンエネルギークルーンエネルギーライフサイクルアセスメント

项目摘要

本研究の目的は、喫緊の環境イシューである地球温暖化問題解決のために必要な温室効果ガス削減を実現する上で重要な概念である「カーボンニュートラル」（炭素循環）獲得を考慮した次世代エネルギー技術を教育現場で実践・実感できるエネルギー教材を新たに開発することである。成果の1点目としてメタンハイドレートの教材化に向け簡便かつ安価に生成する方法の開発と改良を行った。メタンガス（天然ガス）は、地球温暖化の原因とされる二酸化炭素の２０倍以上の温室効果がある物質であり、燃焼させ二酸化炭素に変換することで、温室効果を２０分の１に減少させることが出来る。メタンハイドレート合成には設備の整った研究機関にあるような大掛かりな装置が必要であった。この課題を解決するため、本研究室では簡便な生成方法の開発を行ってきた。本年度は、従来法に実験条件や実験操作を検討することで、高い再現性でメタンハイドレートを90分以内という短時間で合成する方法を開発した。またこの教材を用いて、高等学校において授業実践も行い、教育現場への導入の検証も行った。二つ目の成果として、クリーンなエネルギーとして利用が進められている「水素」製造の教材化である。水素は、将来的には太陽光発電などを利用した水の電気分解での製造が主流の供給方法として研究されている。しかし電気利用による水素の製造は、コスト的・エネルギー的に効率が悪く、現在はメタンと水からの水蒸気改質という方法で製造されている。この水蒸気改質の教材化に成功した。三つ目として次世代燃料として近年開発が進んでいる「アンモニア」の教材を開発した。発電などの燃料として、アンモニアが注目されるメリットを、液化・運搬という観点から学習できる教材を考案した。またアンモニアが燃料として利用できることを実感できる実験条件と実験方法を見いだした。

本研究的目的是开发一种考虑获得“碳中和”（碳循环）的下一代模型，这是实现解决全球紧迫环境问题所必需的温室气体减排的重要概念。目标是开发新能源教材，让学生在教育环境中实践和体验能源技术。第一个成果是开发和改进了一种简单且廉价的生产甲烷水合物的方法，用于教学材料。甲烷气体（天然气）是一种物质，其温室效应是二氧化碳的20倍以上，而二氧化碳是全球变暖的原因，通过燃烧它并将其转化为二氧化碳，可以将温室效应降低到1-第二十个。甲烷水合物的合成需要设备精良的研究机构中的大型设备。为了解决这个问题，我们实验室一直在开发一种简单的生产方法。今年，除了常规方法外，我们还考虑了实验条件和实验操作，开发了一种在 90 分钟内合成甲烷水合物的方法，具有高重现性。我们还在高中使用该教材进行了课程，并验证了其在教育环境中的引入。第二个成果是制作了有关氢气生产的教育材料，氢气被用作清洁能源。氢正在被研究作为未来的主流供应方法，通过利用太阳能发电的水电解来生产。然而，利用电力生产氢气在成本和能源方面效率低下，目前它是通过甲烷和水的蒸汽重整来生产的。我们成功地将这种蒸汽重整变成了教育材料。第三，我们开发了近年来作为下一代燃料开发的“氨”教材。我们设计了教材，让学生从液化和运输的角度了解作为发电和其他用途的燃料而备受关注的氨的优点。我们还发现了实验条件和方法，使我们能够证明氨可以用作燃料。