平成９年度研究計画　指定研究

平成９年度

指定研究

【マンガン団塊採鉱システムの研究開発】

マンガン団塊採鉱に伴う環境保全技術に関する研究: ［担当部署］環境影響予測部，地殻工学部
［研究期間］平成元年度～平成９年度

（採鉱に伴う懸濁排出物制御法の開発）
　採鉱に伴って生じる排出物が、現場海域のプランクトン等の浮遊生態系に及ぼす影響を予測するための実験を行うとともに、採鉱に伴って排出される種々の物質が海表面および海底近傍の生態系への影響を少なくするための制御法を検討する。

　本年度は当該研究の最終年度として、昨年度までに実施してきた、流動、攪乱実験及び生態系の調査結果をとりまとめて、深海底付近の生態系における懸濁物質の循環に関するモデル化を計り、マンガン採鉱システムの環境影響評価を行う。

深海環境の力学的特性に関する研究: ［担当部署］地殻工学部
［研究期間］平成５年度～平成９年度

（全体計画）
　海洋実験の実施ならびに評価に資するために海山性団塊及び堆積層の特性を明らかにする。また、深海底資源開発技術の基礎資料として必要な、海底堆積物の工学的特性の把握手法を確立する。

（平成９年度の研究内容）

海山性団塊及び堆積層の特性採掘軌跡の評価手法を検討する。
海底堆積物の工学的特性の把握手法
熱特性を利用して工学的特性を推定する手法を開発する。

【先導研究】

炭素系高機能材料に関する研究: ［担当部署］エネルギー資源部，素材資源部
［研究期間］平成８年度～平成９年度

（全体計画）
　これまでに報告されているカルビン及びその周辺の研究動向を詳細に調査し、これらをもとにしてマクロな結晶の合成法、構造や物性の評価手法を確立するための予備研究を行う。また、アモルファスカーボンをカーボンのアロイングという視点で眺め直し、新しい機能の創出に向けた製造技術と評価技術を開拓し、プロジェクト化に必要なデータを収集する。

（平成９年度の研究内容）
カルビンに関しては、前年度に引続き資料調査を実施するとともに、熱プラズマ法及び電気化学的な方法による合成を継続する。電気化学的方法については、大量合成する見通しがでてきたので、応用を視野に入れた予備的検討を始める。また、アモルファスカーボンについては、微小な均一空間の設計についての予備実験を開始する。

スーパーサーベイ: ［担当部署］安全工学部
［研究期間］平成９年度～平成１０年度

（全体計画）
　空中からの探査技術について、地形補正技術、power line補正技術等に関して調査検討を行う。また、高感度電磁センサーの空中探査法への応用について検討を行う。さらに、オーストラリアCSIROとの共同研究についての準備を行う。

（平成９年度計画）
　地形補正、power line補正について、ハード、ソフト両面からそれら補正技術を調査し、その結果をもとに補正技術設計指針について検討する。また、高感度電磁センサーの空中探査への適用性について実験的検討を行う。

【石炭エネルギー技術開発】

石炭の液化反応と生成物の改質利用の研究: ［担当部署］エネルギー資源部
［研究期間］昭和５９年度～平成１０年度

石炭液化反応に関する基礎研究　
　回収再利用可能な高活性超強酸触媒による石炭の脱硫を検討し、反応条件の最適化を行う。またハイドロパイロリシスにおける水素と石炭との反応を解析する。

【エネルギー需給構造高度化技術開発評価】

石炭液化プロセス及び液化油の評価: ［担当部署］エネルギー資源部，大気圏環境保全部
［研究期間］平成９年度　～平１２年度

　石炭液化プロセスの評価では、超微粒石炭及び触媒面から液化プロセスの評価を行い、石炭性状及び液化特性に及ぼす影響を検討するとともに高分散触媒による液化生成物の性状分析、反応条件の最適化を行う。
　液化油の評価では、モデル燃料、BSU・PSUからの液化油、NEDOL法による液化油によるエンジン試験、JIS分析による燃料組成及び性状と排ガス特性の関係を解明し環境適合性の評価を行う。
　本年度は、超微粉砕石炭、種々の高分散性触媒による石炭の液化反応性について検討する。液化油の評価では、実用的な観点から２,３の含酸素及び含窒素化合物のモデル混合物の分離挙動を検討する。またモデル燃料によるエンジン試験及びJIS分析による排ガス特性評価を行う。

水添ガス化における炭種・反応条件の評価: ［担当部署］エネルギー資源部
［研究期間］平成９年度～平成１２年度

　水添ガス化の主反応である急速水素化熱分解は未解明の部分が多く、そのメカニズムの解明と、反応過程で生じる石炭およびチャーの物性変化の把握、及び関連するトラブルの回避技術の確立は急務である。水添ガス化プロセスの実用化に際しては、原料がどの様なメタンやBTX収率を与えるか、反応速度は実用炉を設計するに十分か、反応熱は炉温を維持するに十分か、反応中の石炭粒子の軟化溶融現象は粉体のハンドリングに悪影響を及ぼさないか、等の問題点を解決せねばならない。これらの課題は石炭の化学構造に深く関連しており、石炭化学構造の知見の基に水添ガス化における炭種と反応条件について評価を実施する。

都市型熱供給システムの解析・評価: ［担当部署］熱エネルギー利用技術部
［研究期間］平成９年度～平成１２年度

（全体計画）
　（ CO + H₂ + メタノール)あるいはそれらとアルカン類の混合物などの多様な燃料の燃焼特性を解析し、環境汚染物質の排出性を評価する。往復流動するヒートポンプ作動ガスの流動変動や圧力損失および作動ガスと温・冷媒間の熱伝達特性を解析し、熱交換性能の評価手法を確立する。多温度熱供給と熱需要側との最適整合を評価する解析手法を検討し、蓄熱技術などの援用による総合的なシステム性能向上の評価を行う。

（平成９年度計画）
　メタノール系燃料について衝撃波管を用いた実験を行い、その反応特性を検討する。熱交換器内で往復振動するヒートポンプ作動ガスの流動特性を検討し、伝熱特性上の重要パラメータを明らかにする。都市域の熱需要データを収集・解析するとともに、種々の条件下での熱利用性能を模擬的に計算する手法を検討する。

【地熱エネルギー採取技術開発】

地熱井掘削技術等に関する研究（坑井内同軸熱交換器方式の研究）

［担当部署］地殻工学部
［研究期間］昭和６２年度～平成１０年度

地層内に自然状態で存在する対流や熱抽出に伴い誘起される対流が坑井内同軸熱交換　器の熱出力挙動等に及ぼす影響について検討する。
発電あるいは熱の直接利用の分野における本方式の適用に関する基礎的な検討を行う。
小規模な熱抽出実験を行い、これまでの検討結果を確認する。

【電源多様化技術開発評価費】

高温岩体熱抽出システムの解析・評価（電源特会）: ［担当部署］地殻工学部，水圏環境保全部
［研究期間］平成元年度～平成１３年度
　平成９年度には、長期循環試験に向けて、循環データ取得用装置の整備を行う。現地においては、長期循環時の貯留層評価のための基礎データを得ることを目的に、各坑井における水位の連続観測を行うとともに、注入水として使用する地表水の化学特性の経年変動を調べる。また、数値シミュレーションモデルにより、長期循環に伴う熱抽出挙動の予測を行う。更に、長期循環試験時の流体性状に影響を及ぼすフラクチャ内の岩石水相互作用を評価するために、室内での水熱試験を継続する。

地熱井掘削時坑底情報検知システムの解析・評価（電源特会）: ［担当部署］地殻工学部
［研究期間］平成４年度～平成１１年度

（全体計画）; １．室内研究

地層状況の検知：掘削パラメータと地層強度等との関係を把握し、坑底情報との相関　を検討することにより、地層状況検知手法に関する解析・評価を行う。
掘削工具作動状況の検知：掘削パラメータとビット摩耗との関係を把握し、坑底情報　との相関を検討することにより、掘削工具作動状況検知手法に関する解析・評価を行う。
検知手法の高度化：坑底情報をより的確に取得し、表現するための手法について検討　し、検知手法の高度化に関する解析・評価を行う。

２．フィールド研究：検知システムで得られたデータの解析・評価を行う。

（平成９年度の研究内容）

掘削工具作動状況の検知：先年度に引き続き、ローラコーンビットによる岩石掘削時　のビット荷重，トルクおよび掘進率についてモデリングを行うため、ローラカッタ試　験装置を用いて岩石の掘削実験を行う。
フィールド研究：先年度までに得られた実験結果に基づいて、実証試験から得られた　現場データについて解析・評価を行う。

深部地熱資源採取技術の解析・評価（電源特会）: ［担当部署］地殻工学部
［研究期間］平成５年度～平成１４年度

深部地熱坑井掘削技術（高速回転型ビット）
（全体計画）
掘削ビットの耐熱性の向上を図るとともに、傾斜掘りなどの指向性掘削の効率化を図り、深部地熱資源開発のための技術開発の促進に資する。

（平成９年度の研究内容）
先年度までの検討結果を基に、ＰＤＣ刃先を用いた大口径全断面ビットを製作して掘削実験を行い、高速回転掘削時のビット性能を総合的に評価する。
深部地熱坑井維持、管理技術
（全体計画）
坑井の大深度化に伴い、岩盤の地圧や温度が増大し、坑井近傍にき裂や破壊が発生する。これらを抑制する対策に理論的根拠を得ることを目的とする。
（平成９年度の研究内容）
深部地熱坑井の温度・地圧データ、掘削・生産時の条件等を整理し、坑井壁面に破壊が発生する可能性についてとりまとめを行う。
最適生産技術
（全体計画）
深部地熱井から効率良く生産を行うために、岩盤内の熱や物質循環メカニズムの解析・評価を実施し、坑井刺激技術や多層フラクチャ生産管理技術等の開発に資する。

【総合研究】

コールベッドメタンの採取・利用技術: ［担当部署］大気圏環境保全部，地殻工学部，北海道センター
［研究期間］平成６年度～平成１０年度

　コールベッドメタン（ＣＢＭ）の最適な採掘法を開発するため、石炭の基礎物性及びＣＢＭの賦存状態等を評価し、スティミュレーション技術の検討と最適採掘法のモデル化を図る。また、メタンを有用化学物質として利用するため、ＣＢＭからメタンを選択的に濃縮回収する
　プロセス技術を開発し、更に回収したメタンを触媒的化学反応で化学変換するプロセス技術を開発する。本年度は

採掘技術では水圧破砕時に粘性の高い流体を用いた場合のき裂の挙動の解明及びシミュレーション解析による最適生産モデル計算に着手する。
回収技術では低濃度メタンガスの濃度がエネルギー源として使用できる５０％以　上にするため、低温・高圧容器を用いたメタン空気混合ガスからのメタン分離方法を検討する。
化学変換技術では、各種遷移金属を添加した活性炭系触媒の調製及びメタンの脱水　素二重化反応に対する活性化試験を行い、また反応圧力等の反応条件の影響を検討する。

バイオマスからの熱化学的直接水素製造に関する研究: ［担当部署］温暖化物質循環制御部
［研究期間］平成８年度～平成１０年度

（全体計画）; １．水素製造に適した反応条件の探索

反応温度の検討
反応圧力の検討
反応時間の検討
含水率の検討

２．水素製造用触媒の探索

触媒種の探索
助触媒の探索
坦体の探索

３．高収率、高選択性、長寿命化

メカニズム・反応経路の解明
失活の解明
反応装置の改良
触媒の改良

４．各種バイオマスのガス化

バイオマスの性状の検討
反応性の検討
各種バイオマスのガス化

（本年度の研究計画）
　水素製造に適した触媒を探索すると共に、高収率化のために反応メカニズムの解明を図る。

【広域エネルギー利用ネットワークシステム】

環境調和型燃焼技術の研究: ［担当部署］熱エネルギー利用技術部
［研究期間］平成５年度～平成１２年度

低質燃料の燃焼・環境負荷軽減化技術低質ガス燃料を熱循環燃焼技術により燃焼させる技術を確立するとともに、燃焼過程において生成される環境汚染物質を特に高温下で、抑制叉は除去するための基礎研究を行う。また、メタノール及びその分解過程中のガス（メタノール＋ＣＯ＋Ｈ_２）を効率的に利用するための燃焼技術の開発及び燃焼過程において生成される環境汚染物質の相互間の反応を解明し、環境負荷を軽減するための研究を行う。
逆熱サイフォン・ヒートパイプとその利用技術外部より動力を加えずに熱を上部から下部に伝えることのできる新しい原理、構造に基づく熱輸送装置及びその利用技術に関する研究を行う。

　本年度は前年度に引き続いて、メタノールの燃焼反応について検討する。また、ヒートパイプの熱輸送に適した蓄熱システムの構造を検討する。

【電源多様化技術開発評価費】

エネルギーと環境のシステム分析に関する研究（電源特会）: ［担当部署］エネルギー資源部，安全工学部
［研究期間］平成７年度～平成１０年度

（全体計画）

化石燃料の供給可能性、再生可能エネルギーの利用の可能性を評価し、グローバルモ　デルを構築する。
開発途上国のエネルギーシステムを分析し、再生可能エネルギー利用などの、導入効　果の評価手法を確立するため、当該国のエネルギー需給構造の分析を行う。
エネルギー利用技術の環境影響評価手法を確立する。

（本年度の計画）

グローバルモデルの基本設計、およびデータベースの構築作業を支援する。
アジア新興工業国、特にマレーシアとタイにおけるエネルギーシステムの分析・評価を行う。
我が国を除くアジア工業国(韓国・台湾)のエネルギーシステムの検討を行う。

【燃料電池発電技術】

固体電解質型燃料電池の排熱回収システムに関する研究: ［担当部署］熱エネルギー利用技術部
［研究期間］平成４年度～平成９年度

（全体計画）; １．基本的伝熱特性に関する研究：

総括熱抵抗、熱伝達率等の検討
内部構造の検討

２．内部伝熱面変化に関する研究：

作動流体に対する材料適合性の検討
伝熱特性に及ぼす伝熱面形状変化の検討

３．外部伝熱面に関する研究：

拡大伝熱面形状の検討
伝熱面腐食の検討

４．装置構造と材料に関する研究

（平成９年度の計画）

凝縮部伝熱面からのCr、Ni元素の溶出及び蒸発部伝熱面への析出　現象に伴う伝熱　特性の変化ならびにCr、Niの溶出凝縮部伝熱面の海綿組織化の進行速度について検討し安全性の高い高性能ナトリウムヒートパイプを設計するための指針を確立する。
容器表面　温度を容器材料の耐熱温度以下に保ち、かつ高い熱輸送量特性を維持できるナトリウムヒートパイプについて検討する。
流動層とヒートパイプを組み合わせた熱交換器についてこれまで実施してきたヒートパイプの配置、装置構造と、流動特性や伝熱特性との関係についてまとめる。

【電源多様化技術開発評価費】

固体電解質型燃料電池の排熱回収システムの評価法に関する研究（電源特会）: ［担当部署］熱エネルギー利用技術部
［研究期間］平成４年度～平成９年度

全体の計画; 高温用熱交換器の性能評価試験法の検討

熱輸送量測定法の検討
試験条件の検討
性能表示法の検討

平成９年度の研究計画

高温ヒートパイプの性能評価法については、凝縮部表面温度より熱輸送量を求める簡便、高精度な方法について検討する
エクセルギー解析による性能評価法を用いて流動層とヒートパイプを組み合わせた熱交換器の評価をまとめる。また、光ファイバープローブや音響測定法によるヒートパイプ内部の特性について総合的な検討を行う。

【低燃費燃焼エンジン排ガス脱硝触媒】

触媒物性・反応機構の研究: ［担当部署］大気圏環境保全部
［研究期間］平成５年度～平成１２年度

（全体計画）
　触媒を用いたNOx直接分解法および選択還元法について、触媒物性・反応機構等の基本的知見を得ることにより、実用的な触媒探索のための指針を得る。このため、既存・新規触媒について、表面・バルク物性の把握、分光学的あるいは動力学的手法に基づいた触媒反応機構の解明、触媒活性及び調製法の評価を行う。

（平成９年度の計画）
　最も有望な選択還元法を中心として、これまでの触媒物性や反応機構に関する知見、特に反応中間体としてのNO_２及びNCOの挙動に関する知見に基づき、新規反応プロセスを提案する。また、このプロセスに最適な、異なる機能を合わせた複合化触媒を得る。さらに、副生するN_２Oに関して、生成機構及びこれを低減するための手段を検討する。

【先導的・基盤的省エネルギー技術】

超強酸を利用した低級炭化水素資源の高付加価値化: ［担当部署］エネルギー資源部
［研究期間］平成８年度～平成１０年度

（全体計画）
　本研究では超強酸触媒を用いることにより不活性なメタン及び低級炭化水素を温和な反応条件下で重合、液体化し、安定性と利便性に優れたクリーンな液体燃料へ変換するとともに、同触媒の高い異性化能を利用し、有用化学物質への変換を図るとともに混合物である石油成分からＭＴＢＥの前駆体として注目されている有用化学物質C４成分の合成を検討する。更に上記の反応を達成できる工業的に有利な固体超強酸及び固相化超強酸を調製開発し、低級炭化水素化合物の反応条件の温和化、選択性向上を計る。

（平成９年度計画）
　本年度ではモデル化合物を用い添加剤を検討するとともに活性固体超強酸の探索を行う。

【電源多様化技術開発評価費】

溶融炭酸塩型燃料電池（石炭ガス化試験評価）（電源特会）: ［担当部署］エネルギー資源部
［研究期間］平成８年度～平成１０年度

化石資源やバイオマスなどの有機原料はCH４やCO,H_２に転換後、燃料電池に供給　される。CH_４への転換は、ガス精製上のメリットが期待されるが、その転換技術は種々であり何れも開発段階にある。最も熱効率が上がると予想される急速水素化熱分解法　の反応の詳細は明らかにされていない。本年はこの反応過程に与える温度、圧力の影響を調べ、燃料ガスへの転換法として評価する。
石炭を部分酸化してCOとH_２に転換して燃料電池に供給すると、電極(Ni)や配管　表面で炭素析出を生じると予想される。本年は電池材料表面で生起する炭素析出反応を　解析し、炭素析出防止対策を評価する。

気泡制御機構を有する高性能熱交換器に関する評価（電源特会）: ［担当部署］熱エネルギ-利用技術部
［研究期間］平成８年度～平成１０年度

（全体計画）
　本研究では、沸騰により生じる蒸気泡の挙動を多孔質体を用いて加熱面近傍で制御する手法が、どういう条件の下でどの程度有効であるかを基礎的実験により検証する。またこの結果を基に伝熱現象のモデリングを試み、本手法を用いた熱交換性能の評価法の確立を目指す。

（平成９年度の計画）
本年度は気泡挙動の可視化を伴う伝熱実験を下記の通り行う。

平成８年度に試みた静止液中における沸騰実験を継続する。但しこの際、気泡に作用する浮力に関連する伝熱面姿勢、伝熱面と多孔質体との間隙の寸法、多孔質体の空隙率の影響について、より高い熱流束条件下で新たに詳細に調べる。
液体が加熱管内を流れつつ沸騰・蒸発する強制流動系での実験も開始する。静止系と同様のパラメータに関して体系的に調べ、両者の相違について明らかにする。また流動系では、熱交換器への適用の際問題となる圧力損失についても調査する。

以上の検討に基づき気泡挙動を支配する物理現象の抽出とモデリングを行う。

大型風力発電システムの解析・評価（電源特会）: ［担当部署］環境影響予測部
［研究期間］平成３年度～平成９年度

　本研究では、最近めざましく発展しているスーパーコンピュータを用いて、複雑地形・地物上の気流を数10mの分解能で予測できる計算機コードを開発する。これに先立ち、モデルのパラメタリゼーションや、モデルの評価のために必要な詳細な複雑地形近傍の気象データを現地観測により取得する。; １．複雑地形近傍での精密気象観測

平坦地
丘陵地
低い山岳地、岬
山岳地

２．精密計算機コードの開発

熱的乱流の解析コード
力学的乱流の解析コード
複雑地形用座標系の開発
外部データの取り込み手法の開発

指定研究

平成　９年度

National Institute for Resources and Environment