大気圧放電プラズマによるバイオガスの改質と水素生成に関する研究

• Material Type: 博士論文
• Title: 大気圧放電プラズマによるバイオガスの改質と水素生成に関する研究
• Author/Editor: TAKAHASHI, Kazuhiro
• Author Heading: TAKAHASHI, Kazuhiro
• Publication Date: 2014-03-24
• Publication Date (W3CDTF): 2014-03-24
• Degree grantor/type: 室蘭工業大学
• Date Granted: 2014-03-24
• Date Granted (W3CDTF): 2014-03-24
• Dissertation Number: 甲第357号
• Degree Type: 博士（工学）
• Conferring No. (Dissertation): 甲第357号
• Text Language Code: jpn
• Alias of Author: 髙橋, 一弘; タカハシ, カズヒロ
• NDC: 427
• Target Audience: 一般
• Note (General): application/pdf; 現在の水素生成源である化石燃料の代替として，再生可能エネルギーであるバイオマスのメタン発酵によって生成されるバイオガスが注目されている。バイオガスは，水素の生成源となるメタンを 60%程度含むとともに，40%程度の二酸化炭素および数千 ppm の硫化水素を含む。そのため，バイオガスの水蒸気改質による水素生成では，前処理として脱硫およびメタン精製が必要不可欠である。一方，放電プラズマを用いたバイオガスの改質では，放電プラズマ中で生成される高エネルギー粒子や活性な種を用いて水素の生成と脱硫を同時に行うことが原理的に可能であり，前処理が不要となる。気体放電プラズマを用いてバイオガスを模擬したガスを処理した研究では，主成分であるメタンおよび二酸化炭素のみが分解対象とされており，硫化水素も含めた模擬バイオガスの改質に関する報告は極めて少ない。また，それらの報告においては，主に分解率や水素の収率に関して議論されている。放電プラズマを用いたバイオガスの改質では，分解率や水素生成効率の向上は重要であるが，処理後の安全性の検証，すなわち，バイオガスを分解したときの生成物を詳細に分析し，生成物の毒性や量を把握することも重要となる。本論文では，誘電体バリア放電(DBD)およびパックトベッド放電(PB-DBD)を用いて模擬バイオガスを分解し，水素の生成を行うとともに，そのときの副生成物を詳細に分析した結果について述べている。メタン，二酸化炭素および硫化水素を混合した模擬バイオガス中で DBD および PB-DBDを発生させ，放電後のガスを赤外吸収分光法，ガスクロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィー質量分析法を用いて分析し，模擬バイオガスの濃度測定および生成物の特定と濃度測定を行った。また，硫化水素が模擬バイオガスの改質に与える影響を調査するとともに，模擬バイオガスの分解効率や水素生成効率を求め，それらを先行研究と比較した。模擬バイオガスの分解によって，水素，一酸化炭素，有機硫黄化合物（メルカプタン類，スルフィド類など），炭化水素類，アルデヒド類，アルコール類，カルボン酸類およびケトン類が生成され，それらの濃度は，水素，一酸化炭素，炭化水素類の順に高いことがわか った。また，硫化水素の有無における模擬バイオガスの分解率，生成物の量などに有意な差は見られないため，硫化水素は模擬バイオガスの改質にほとんど影響を与えないことがわかった。PB-DBD を用いた模擬バイオガスの改質では，硫化水素に含まれる硫黄原子が電極や充填材に堆積するとともに，硫化水素の再合成反応があることがわかった。本研究で得られた模擬バイオガスの分解効率および水素生成効率は，DBD よりも PB-DBD を用いた場合に高く，DBD を用いた先行研究と同程度の値が得られた。; Biogas produced by methane fermentation of biomass has attracted attention as a new resource of hydrogen, instead of fossil fuel. However, desulfurization and methane purification are needed as pre.process for hydrogen generation by steam reforming of biogas because the biogas consists of 60% of methane (CH4), 40% of carbon dioxide (CO2) and a few thousand ppm of hydrogen sulfide (H2S). In the plasma reforming of biogas, which has been proposed as a new technique, hydrogen generation and desulfurization can be done simultaneously using highly active species in discharge plasma; therefore, this method does not require the pre.process.CH4/CO2 mixture gas is mainly used as an artificial biogas in studies on the plasma reforming of biogas, and plasma reforming characteristics of an artificial biogas containing H2S have been reported in a few papers. Further, the aims of the studies are limited to increase the decomposition rates of biogas and hydrogen yield. Although the decomposition rates and hydrogengeneration-efficiency are important for the plasma reforming of biogas, clarification of the kinds and concentration of by.products is also necessary.In this work, an atmospheric dielectric barrier discharge (DBD) and an atmospheric packed.bed dielectric barrier discharge (PB-DBD) is generated in an artificial biogas, which is a mixture of CH4, CO2 and H2S, and then by-products from the biogas are clarified in detail using infrared absorption spectroscopy, gas chromatography and gas chromatography mass spectrometry. The decomposition characteristics of the artificial biogas with and without H2S are also investigated. Further, the decomposition rates of CH4, CO2 and H2S and hydrogen generation.efficiency are deduced, and then the decomposition rates and efficiency are compared with those from previous works.H2, CO, organic sulfur compounds such as mercaptan and sulfide, hydrocarbons (CxHy), aldehydes, alcohols, carboxylic acids and ketones are produced from the biogas, and H2 has the highest concentration in the by.products, followed by CO and CxHy. It is found that no significant changes are shown in the decomposition rates of biogas and the concentrations of by-products with and without H2S. Thus, H2S has little effect on the plasma reforming of biogas. In the plasma reforming of biogas using PB.DBD, it is also found that sulfur atoms in H2S deposit to electrodes and packed materials, and that H2S is resynthesized. The decomposition efficiency of biogas and hydrogen generation.efficiency when PB.DBD is used are higher than those when DBD is used, and are almost equivalent to those from the previous works.
• DOI: 10.15118/00005112; https://doi.org/10.15118/00005112
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/9921530; https://dl.ndl.go.jp/pid/9921530
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Date Accepted (W3CDTF): 2016-04-01T14:32:40+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2016-02-15
• Format (IMT): application/pdf
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): http://dx.doi.org/10.15118/00005112; http://hdl.handle.net/10258/3447; https://muroran-it.repo.nii.ac.jp/records/5121
• Data Provider (Database): 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp