Transition to electric vehicles is proceeding globally, such as British and French policies that ban diesel and gasoline vehicles by 2040, and improvement of performance of on-board batteries is required. At present, EV has a range of 400km, and to extend the range, it is necessary to increase the energy density per mounted battery volume. Also, increases of the internal resistance as the high current discharges, making it difficult to maintain the output. Therefore, the diffusion of EV requires high energy density and high power density. In order to achieve this compatibility, it is indispensable to suppress increases of the internal resistances due to high energy density to increase of ratio of the active materials in the electrode, and it is desirable to clarify the main factor and reflect in the design of the electrode structure. In this year, discharging EIS was introduced, and the factors of increasing internal resistance were examined from experiment results and numerical calculations.
In order to combat global warming, CO2 emission reduction from the iron and steel making industry is necessary. The Active Carbon Recycling Energy System for the iron making process (iACRES) has been developed as a technical option for substantial CO2 reduction. Lithium ortho-silicate (Li4SiO4, LS), which can separate high purity CO2 at high temperatures, is a suitable solid sorbent to capture CO2 from the iACRES process.
In order to reduce the pressure loss in the reactor, attention was paid to the straw-shaped LS, and the reactors were designed by performing the sensitivity analysis of the height, diameter, LS porosity, and diameter of the reactor.
Considering constraint conditions such as pressure loss and absorption capacity, as a result of designing a reactor that increases the CO 2 recovery rate, the reactor was cylindrical type with a barrel diameter of 4.6 m × height 11.6 m, the void ratio was 50% and the straw type LS with the outside diameter of 4.63 mm is closest packed. The CO 2 recovery rate and the LS utilization rate were 69.1% It was. On the other hand, if emphasis is placed on the recovery rate (99%), it is necessary to switch the reactors in about 15 minutes, and the utilization drops to 53%.
Globally, coal-fired power plants are the main electric power source, which provides over 42% of global electricity supply. However, at the
same time, they account for over 28% of global CO2 emissions.
Anthropogenic CO2 emissions is the greatest contributor for global warming caused by greenhouse effect. Post-combustion CO2 capture and
storage (CCS) technology from coal-fired power plants appears to provide a near-term strategy to solve the global warming problem. Amine-based chemical
absorbents are technically mature and attractive for the CCS technology, but, integrating CO2 separation and compression process will bring significant energy
penalty to the power plant, and decrease the net electricity efficiency dramatically. Supercritical coal-fired power plant (SCPP) was simulated in
Aspen Plus to help understand the energy penalty associated with CO2 capture process. Monoethanolamine (MEA) 30wt% amine solution, and Methyldiethanolamine
(MDEA)/piperazine (PZ) binary amine solution were introduced into the CO2 capture process as the CO2 capture absorbent in the simulation model.
Moreover, the pressure of extracted steam is an important parameter that strongly affects both the net efficiency drop of power plant and regeneration
heat of CO2-rich solution in the CCS process. So the pressure of extracted steam was chosen as the variable, and the sensitivity analysis of operating
condition on energy penalty was conducted in this study.
Among the CO2 Separation and recovery, chemical absorption method is close to practical use, but, it has a problem that CO2 recovery cost is high, and degraded amine solvent problem is one of the factors. In this research, in order to investigate degradation products to affect amine solvent, eight kinds of degradation products (formic acid, acetic acid and sulfuric acid Etc.) are added to secondary amine DEA with reference to the literature and analysis results of amine solvent after long use in coal-fired actual gas, and perform the test of basic characteristic such as Heat of Absorption, Specific heat capacity and Gas-liquid equilibrium. In the result, it was confirmed that degradation products affect that increase Heat of Absorption, decrease Specific heat capacity and decrease absorption capacity.
Among the CO2 separation and recovery methods, the chemical absorption method is in the practical stage separates and recovers CO2 by a chemical reaction with amine. Since a large amount of heat is required for separating CO2, new absorption liquids that can be regenerated with a low calorific value are being searched. In order to predict the performance of a separation and recovery system using various absorption liquids, it is required to efficiently search operating conditions such as temperature, pressure, liquid gas ratio, etc. in addition to adjustment of absorption liquid such as concentration and mixing ratio by a simulated model on a process simulator. In this study, we simulate the experimental data acquired under high concentration and high temperature by using commercially available process simulator Aspen Plus®, changeable parameters in conventional model adopting electrolyte NRTL model, and search area of operating condition was expanded.
In the sugar mill which is one of the main industries in Tanagashima, a large amount of unused heat below 200 ˚C is produced from the milling process in spring season. On the other hand, there are many factories use oil-fired boilers to generate a steam up to 100 ˚C all year around such as liquor factory, starch factory in Tanegashima. Sugarcane-bagasse is well-established collecting system and great biomass fuel it doesn’t compete with foods. But it isn’t used efficiently because of temporal and spatial mismatch among the sugar mill and heat demand. In order to improve this mismatch, we propose the application of thermal energy storage and transport system using steam adsorption and desorption cycle of zeolite.
In this study, we do techno-economics analysis of thermal energy storage
and transport system using steam adsorption and desorption cycle of zeolite,
it isn’t applied in social. By applying this system to Tanegashima, we
study the possible future vision by considering about customer, organization
and supply-chain using Geographic Information system(GIS). In techno-economics
analysis of this system, for 2 t/h steam-generated system is IRR=-19%,
for 4t/h steam-generated system is IRR=-17.6%, the effect of thermal selling
price and OPEX of heat charger is big. In case of Tanegashima, for 0.8
t/h, 2 t/h, 4 t/h steam-generated system is IRR=-7.8%, IRR=5.9%, IRR=12.1%,
respectively. To adapt to Tanegashima’s actual situation, we must buy much
zeolite and space for stock in this system, by some solution for reduce
it, the result is IRR=-5%, the system includes 2 starch factories.
CO2 recovery from flue gas by amine absorption has been demonstrated in many projects of post combustion CO2 capture. This Process is composed of an absorber and a stripper. An amine absorbent circulates in these towers. But this technology still entails a high energy penalty. Generally, about 30% amine solution is used. If a higher concentration amine solution is used, the regeneration energy can be reduced. Furthermore 50% solution of AMP causes carbonate salt to precipitate. In our process, we sent only the CO2 rich solid phase to be regenerated in the stripper. Significant pressure loss in the absorber is not acceptable. Therefore, precipitation should not occur in the absorber.
Thermo-chemical recuperation (TCR) attracts attention as a method of utilizing unused heat exceeding the 1000℃ range in a high temperature furnace utilization industry．TCR process uses a high temperature unused heat to convert a fuel for a furnace such as a natural gas containing CH4 as a main component into a H2 · CO rich gas by steam reforming and dry CO 2 reforming the technology makes it possible to reduce fuel consumption and CO2 emissions. In this research, we model the glass melting furnace with the process simulator Aspen HYSYS®, and based on the results obtained by numerical experiments, selecting the operating conditions of TCR process and quantitatively evaluating the fuel reduction effect． As a result, the maximum fuel reduction effect was obtained under the condition that the reformer input fuel rate was 0.65 and the EGR rate was 0.17, and the fuel consumption rate for the base model was 15.9%
本研究室のSOFC燃料極にはイオン伝導パスとしてGDC（Gadolinia Doped Ceria），電子伝導パスとしてNiを用いている．反応はGDCとNiの固体接触部とガス拡散パスである空隙が共存する三相界面（TPB）でのみ生じるため，TPB密度の向上を目的に電極と電解質層間にNiとGDCの体積比1：1のAFL（Anode Functional Layer）を介挿したところ，出力密度が約2.2倍向上した．しかしながら，粒子や空隙のランダム配置ならびにTPB同士のパスの断裂から有効なTPBは全体の約60%にとどまっていた．そこで，本研究では3Dプリンタを用いてTPBの有効率が100%となる微細構造の作製を検討し，単位体積当たりの反応場の増大による出力密度の向上を目標としている．昨年度までに3Dプリンタによるライン状の微細構造の積層までは完了しているため，本年度は得られた積層体を焼結させることで柱状焼結体を作製し，微細構造の立体的な拡大が可能であることを示す．微細構造の作製において，焼結後の電解質層にクラックがないこと，また微細構造と基材の電解質層が剥離しないことが必要である．昨年度までの吐出用スラリーによる積層体は，電解質層との共焼結後にクラックが発生したため，作製工程の変更を検討した．共焼結時における応力分布に起因するクラックを回避するため，微細構造積層前に基材となる電解質層をあらかじめ焼結する工程を追加した．また，微細構造と電解質層の剥離を防止するためにスラリーのバインダーをPVP（Polyvinyl pyrrolidone）からより高い粘着性を示すPVB（Polyvinyl butyral）に変更した．その結果，スラリーの吐出回数増によって高く積層可能で，共焼結後のレーザー顕微鏡による観察からクラックのない柱状焼結体を電解質層上に確認した．（佐藤 航平）
高電気自動車の更なる普及には，動力であるリチウムイオン電池（LIB）の高性能化のための過電圧の低減が不可欠である．LIBの過電圧は電極の設計によって顕著に変化するが，これは電極内に生じる非定常な様々な空間分布の帰結として過電圧が発現するためである．したがって，空間分布が反映された情報を分析し，過電圧の発現要因を解明することが求められる．本研究では，空間分布の勾配が大きな高Cレートでの放電末期（放電端）と，空間分布の不均一性が緩やかに解消していく放電終了後の開回路状態（OCV）の電圧変化（緩和）に着目した．電気化学的インピーダンス診断法（EIS）は一般に，OCV・定常状態で測定されるが，放電中は空間分布が非定常に変化している．そこで本研究では，放電中の非定常状態でのEISが可能な新規装置を導入し，着目する放電端の過電圧増大と緩和特性の要因を分析した．まず，1～3 C放電におけるEISによる等価回路推定によって各抵抗成分を分離した．その結果，Cレートの増大に伴い放電端で正極の反応抵抗が増大することが分かった．また，等価回路から電気二重層容量を算出することで，従来の数値計算モデルに電気二重層内の電荷保存式を加えた改良モデルを作成し，緩和に及ぼす影響を検討した．従来のモデルでは放電後の電解質濃度などの空間分布が早期に均一化（緩和）され，それに伴ってセル電圧も実験より早期に定常となるが，これらは改良モデルでは実験結果に近づいた．しかしながら，改良モデルでも放電後のセル電圧は実験よりも早期に定常となっており，液相内濃度勾配および固相内濃度勾配の緩和も完了していた．したがって，電気二重層内に蓄積された電荷の移動の他にも緩和に影響する現象があると推察される．（菅原 一真）
鉄鋼業界への省エネルギー技術のひとつとして熱化学再生（TCR：Thermo-Chemical Recuperation）の適用を提案している．TCRは未利用熱を原燃料の改質反応により回収する技術であり，1000 ℃以上の熱回収改質器には固体酸が改質反応に有効な高純度アルミナ管のみを用いて実現する．鉄鋼業界へのTCR適用において，熱源は炉内材保護のため水冷却されている高炉の炉壁を通じた放散熱を用いる．改質燃料としてCH4が30%含まれるコークス炉ガス（COG：Coke Oven Gas）を選定し，CH4に対し約2倍のH2と2.4%のCO2を含んでいることから，固体炭素析出の抑制が期待できる．本年度は実験による基礎データの取得を目的とし，模擬COGに水蒸気を添加した試験を実施した．試験条件をS/C（Steam/CH4）= 1.0～3.0として実施したところ，S/Cの低下に伴い増熱率は増加したがS/C = 1.5以下では固体炭素の析出がみられ，最大の増熱率はS/C = 2.0，1200 ℃で3.63%に留まった．次に模擬COGを用いて炭素析出の抑制が困難なCO2添加試験をCO2/CH4 = 1.0～3.0で実施した．予想に反していずれの条件でも炭素は析出せず，最大の増熱率はCO2/CH4 = 1.0，1200 ℃で14.1%に到達した．低CO2/CH4で炭素析出を抑制しつつ，高い増熱率が得られた理由としてCO逆シフト反応が影響していると予測し，CO2/H2 = 1.0で反応試験を実施したところ，CO2はほぼ平衡の51%転化し，CO逆シフト反応が高純度アルミナ管のみでも進行することを確認した．CO逆シフト反応は吸熱反応であり，増熱率を増加させるとともにH2Oを副生することによりCH4の水蒸気改質反応も進行するため，CO2添加試験は水蒸気添加試験に対し炭素析出を抑制しつつ高い増熱率が得られたと考えられる．（辻 祥平）
地球温暖化対策として，CO2貯留技術に加え，実質的にCO2削減可能な固定化技術が必要である．アルカリ土類金属を用いてCO2を固定化する研究は多くあるが，本研究では脱塩プラントの廃液かん水中Mgに着目した．かん水中Mgイオン周りの水和核や他カチオンがMgの炭酸塩化を阻害するため，かん水中Mgをそれらから分離する必要がある．本研究では無水塩酸（HCl）添加によるNaCl, KClの析出分離を利用したCO2固定化プロセスを提案する．本プロセスでは，まず，プロセス下流の処理量減少とCaSO4・2H2Oの析出分離を目的に，かん水を蒸発濃縮する．次に，濃縮かん水に無水HClを添加し，NaClとKClを析出分離する．LCAとしてHCl生産に起因するCO2排出削減のために，Na・K分離後の高濃度HCl溶液にMgCl2水和物を添加・加温することで，HClを回収・再循環させる．HCl回収後，Mgスラリー溶液の一部は乾燥後にHCl回収のための添加剤として再利用され，残りはCO2固定化の材料として取り出す．本プロセスの実現可能性を検討するため，蒸発濃縮，HCl添加，無水HCl回収の各単位操作について簡易的な基礎実験を実施した．模擬海水の蒸発濃縮実験の結果，H2Oの約89%蒸発で，溶液中Caの約86%が分離された．模擬濃縮かん水へのHCl添加実験の結果，HClのH2Oに対するモル比がおよそ0.33のとき，かん水中のNaの約99%，Kの約51%が塩化物として析出した．塩酸にMgCl2水和物（MgCl2・nH2O：n = 2，4，6）を添加し，温度をパラメータとするHCl回収実験の結果，MgCl2の水和数が少ないほどHCl回収量は増大した．これらの結果から90 ℃下で20 gのHCl（36wt%）に16 gのMgCl2・2H2Oを添加したところ，塩酸中HClの約95%がガスとして回収され，正味CO2固定のプロセス成立の目処が立った．（白石 啓）
種子島では主要産業としてサトウキビの製糖があり，製糖工場における圧搾工程の残渣であるバガスが大量に発生している．バガスはバイオマス燃料として製糖工場内で再利用されているが，保存が困難であるため製糖期間の冬から春にかけて必要以上にバガスボイラに投入され，200℃程度の未利用熱が大量に発生している．一方，種子島内では通年稼働している焼酎工場や澱粉工場などが100℃程度の蒸気を必要としており，現在は島外から購入した石油をボイラで焚くことで賄っている．このバガス由来の未利用熱発生と化石燃料による熱需要の時空間的なミスマッチを解消するため，ゼオライトの水蒸気吸着・再生サイクルを用いた未利用熱蓄熱輸送システムを検討している．今年度は出熱側に着目し，出熱装置としてパッケージボイラとの協調運転により燃料削減を目指すゼオライトボイラを考案した．ゼオライトボイラは移動床・間接熱交換方式を採用し，ゼオライト流量20kg/h，最大噴射蒸気量4.0kg/hの実験設備を設計・製作した．投入されたゼオライトは流量制御可能なディスチャージャーにより底部から排出した．吸着用蒸気はボイラの代替として電気ヒーターとSUS管で製作した蒸発器で生成し，ゼオライト層の上部から噴射した．ゼオライトボイラ内部に伝熱面積1.0m2で設計・製作したスパイラル多管式熱交換器を設置し，発生したゼオライトの吸着熱を管内に伝熱することで蒸気を生成した．予備試験として，ゼオライト移動床での水蒸気凝縮を避けるため噴射蒸気量を定格の40%として運転し，1.8kg/hの過熱蒸気が1時間にわたって安定的に生成された．熱物質収支を計算した結果，ゼオライトの吸着熱に対し約60％が蒸気のエンタルピーとして回収されたことがわかった．（中居林 昂）
石炭火力発電からのCO2の大量排出は地球温暖化の観点で大きな問題となっており，CCSが切り札として注目されている．アミン吸収液を用いた化学吸収法は現在最も実用化が近いが，吸収液の再生に多量のエネルギーを必要とすることが課題であり，新たな吸収液開発・プロセス改善の研究が進んでいる．化学吸収法における再生塔では，予熱したCO2リッチ液を塔上部より投入し，下部のリボイラーで入熱することによりCO2を吸収液中のアミン化合物から解離させる．吸収液の評価において，再生熱量に占める割合の大きいCO2解離熱を正確に計測することは，新規吸収液の開発において重要である．本研究室では小規模CO2回収試験装置を用いた試験法を開発しCO2解離熱を評価してきたが，例えばMEA 30wt%で，再生塔上部温度を80 ℃から100 ℃へ変化させた条件では，算出されるCO2解離熱に20 kJ/molの差異が生じている．再生塔上部温度の変更は液顕熱への影響のみ考えられるが，予熱部で一部解離していれば，再生塔下部からの入熱以外のCO2解離量も併せて評価していることでCO2解離熱に差異が生じる可能性がある．そこで，CO2回収試験における予熱部でのCO2解離量の推定方法を，再生塔内部のエネルギーバランスを考慮することで検討した．
具体的な推定のための実験方法として，再生塔上部温度をパラメータに再生塔下部ヒーターの入熱をゼロとして予熱部のみによる解離量を計測するCO2回収試験と，予熱部を同条件とした通常の試験との差分を考慮して解離熱を算出する方法を考案した．さらに，再生塔内の温度および圧力条件を基に，気液平衡の観点からも予熱部のCO2解離量について検討した．（長谷川 大介）
温暖化対策として，アミン溶液を用いた化学吸収法によるCO2分離・回収技術が有望である．化学吸収法のプラント設計における溶液の選定や運転条件の最適化には，プロセスシミュレーターによるCAE（Computer Aided Engineering） が効率的である．市販のAspen Plusを用いたCAEにて候補液の物性モデルがない場合，物性推算モデルを決定の上，化学種の物性値を入力・補正して複数の試験結果に合わせこむ必要があり，CAEツールとして利用するまでの標準的な方法が確立されていない．本研究は，物性未知のアミンとしてIPAE（2-(Isopropylamino)ethanol）水溶液を対象とし， CAEツールとして利用可能にするまでの過程の構築を目指す．化学吸収法では，CO2吸収・放散過程での気液平衡によるCO2ローディングなど物質収支，化学反応平衡と反応熱，比熱によるエネルギー収支の再現が重要である．熱力学計算の調査および既存モデル改良での知見より， 熱力学的状態量関数と活量係数が物質・エネルギー収支の再現の全てに，かつ相互に影響しており，溶液中濃度が高い化学種の物性値の影響が支配的という全体像を把握した．これを踏まえ，モデリング方法の確立として，物質・エネルギー収支に関する試験結果を全て再現すべく，上記物性値の推算に関わる物理化学的に変更可能な複数パラメータの同時調整を試みた．まず，アミン-H2O二元系にて，溶質であるアミン分子の優先的なパラメータ調整によって重み付けすることで水溶液の特性を表し，次にCO2を含む多元系にて，核磁気共鳴分析などで主要な生成イオンを重点的にパラメータ調整する手順を確立した．溶質がIPAEで多元系の場合は，カルバメート生成が僅少なため，プロトン化アミンのパラメータ調整に絞った．（磯谷 浩孝）
種子島では冬から春にかけた製糖期間中にバガス由来の大量の200 ℃程度の未利用熱が発生し，また島内では通年で120 ℃程度の熱需要があり，島外から輸入した化石燃料で供給している．この熱の時空間的なミスマッチを解消するために，ゼオライトの水蒸気吸着・再生サイクルを利用した未利用熱蓄熱輸送システムの構築を目指している．熱需要地側の出熱装置として，ゼオライトの吸着熱を利用した蒸気発生装置であるゼオライトボイラが考案されている．ゼオライトボイラは移動床であり，上部から供給されたゼオライトに，既設ボイラによる蒸気の一部を充填層最上部から下方に向かって噴射して吸着させ，発生した吸着熱を内部の熱交換器に伝熱させることで噴射蒸気以上の蒸気を生成し，既設ボイラの燃料消費を削減する．昨年度，実験用小型ゼオライトボイラを設計・製作し約40%の蒸気噴射量での試験で過熱蒸気が安定的に生成されることを確認した．しかし未吸着蒸気の拡散によるゼオライトボイラ上部への噴射蒸気の流出や，内部の熱交換器の複雑な形状を起因とするゼオライトの偏流などの課題があり，定格試験に至らなかった．そこで本年度はまず，ゼオライトを連続投入に変更し，形状を簡略化した多管式熱交換器にリプレースした．その結果，蒸気噴射量100%での試験が可能となった．また，25 ℃・湿度20%の上部境界との双方向の拡散・吸着を考慮した計算で未吸着蒸気の上昇範囲を推定した結果，相対圧の極小値として噴射位置から0.1 m上部付近と求められた．そこで，充填層内の熱交換器最上部に設置していた蒸気噴射ノズルを0.1 m程度下方に移動させ，主発熱帯を下方にシフトさせることで，ゼオライトボイラの熱回収性能の向上を試みた．（戸倉 啓輔）
種子島内において通年の化石燃料による熱需要に対し，冬春季の製糖工場のバガス由来の未利用熱を有効利用するため，ゼオライトによる蓄熱輸送システムの導入を検討しており，本研究ではシステムの蓄熱段階に着目した．熱需要として島内の焼酎工場にて0.8 ton/hの蒸気生成を仮定した場合，製糖工場ではバガスボイラ排熱と周辺空気の熱交換によって得る160 ℃程度の高温空気から0.37 MWの蓄熱が必要である．これは，1.5 ton/hのゼオライト中の水を0.25から0.05 kg-w/kg-zに乾燥させることに相当し，量的処理能力に優れた移動床式充填層の向流型蓄熱装置を選定した．塔の内径×高さを0.3 m×0.4 mとして，質量保存とエネルギー保存を定常1次元で数値解析するコードを開発し，流量10 kg/h，高温空気温度160 ℃で2.4 kWの蓄熱が得られる装置を設計・製作した．吸着量0.17 kg-w/kg-z，10 kg/hのゼオライトで試験した結果，蓄熱量はわずか0.37 kWに留まった．温度分布から試験条件での熱収支を解析したところ，排熱，放熱および蓄熱がそれぞれ63%，5.8%および12%であり，スリップ熱が主要因と判明した．その原因としては，水蒸気輸送ではなく脱着速度が律速していると考えられる．脱着速度律速の緩和のためには，高温空気条件での平衡吸着量を低下させ，水蒸気脱着の駆動力増加を図る必要があり，具体的には蓄熱温度の上昇や水蒸気分圧の低下が挙げられる．バガス乾燥プロセス導入を想定し，高温空気温度を220 ℃に上げ試験を実施したところ，0.86 kWに蓄熱量が増大した．また，多湿な製糖工場の周辺空気に対しシリカゲルを用いた除湿装置としてデシカント空調の導入を仮定し，模擬した脱湿プロセスを導入して試験したところ，蓄熱量は0.49 kWに増大した．（阿部 弥生）
日本のCO2排出量の40%は石炭・石炭製品であり，地球温暖化への影響が大きい．石炭利用過程のエクセルギーを数値化し，石炭による効用を可能な限り低炭素なエネルギーで代替させることで，合理的に資源有効利用・CO2排出削減に寄与できると考えられ，本研究では新たな視点としてエクセルギーの残存価値による合理的な石炭利用の検討を試みた．石炭エクセルギーの用途を俯瞰するため，開始時点で最新の2015年度総合エネルギー統計を基に石炭のエクセルギーフローを作成した．鉄鋼業へは全投入エクセルギーの27.2%が流入し，産業部門では最大で，そのうち素材には30.7%残存していた．発電用途では57.8%が流入し，送電端では38.2%残存しているが，消費端での残存エクセルギーは無視できるほど小さいと考えられる．次に，鋼材を使用した最終製品で石炭由来のエクセルギー残存割合を求めるため，鋼材を最も使用する自動車産業に着目し分析した．投入鋼材が持つ石炭由来のエクセルギーの合計から，製品加工時の投入エクセルギーを減算し求めた残存エクセルギーより，自動車での石炭由来のエクセルギー残存割合を20.9%とした．また，様々な工業材料で石炭由来のエクセルギー残存割合を求め，素材基準で石炭の用途を検討した．文献を基に同様に計算したところ，Zn，Alでそれぞれ18.0%，15.3%であり，上記30.7%のFeが最も高かった．ZnやAlは電解精錬を用いており電力消費割合が大きいため，低炭素なエネルギーでも代替できるが，大量生産に最適な間接還元法では石炭が不可欠であり，石炭は鉄鋼製造に用いることが合理的であると考えることができる．一方でエクセルギー0の無機系材料は，エクセルギーの残存価値では評価困難であり，課題も明確になった．（羽部 七生）
製鉄所では多量の石炭が酸化鉄の還元剤や熱源として消費されているが，温暖化防止の観点から消費量の削減が望まれている．また，国内の廃棄物処理の観点からは，焼却処理によって熱再生される廃棄物が圧倒的に多く，廃棄物の持つエクセルギーの副次的利用機会を喪失しており，国内のCO2排出の一要因となっている．鉄鋼業では，石油系廃棄物を化学的にリサイクルする高炉還元法などが実用化されており，年間100万tの処理量を目標としているが，マテリアルリサイクルへの政策的誘導と市場取引などで確保が難しく，現在は年間約30～35万tの処理量に留まっている．本研究では，鉄鋼業における還元剤調達の課題とエクセルギー観点での国内廃棄物処理の合理性向上を目的に，高炉還元法に適用可能な廃棄物の選定とシミュレーションモデルによる感度解析から，CO2排出量を評価した．高炉還元法で扱われる廃プラスチック類から対象範囲を紙系廃棄物まで拡張し，収集システムの確立が容易で年間製造量が数万トン以上である条件を満たす廃棄物を調査した結果，54万t/年の紙コップと5万t/年のレシートを選定した．これらの元素分析の結果を元に，還元ガスH2/COへの熱分解エンタルピーと元素収支を推算した．本研究室の高炉モデルの羽口から燃料とエネルギーのストリームとして投入し，シャフト効率0.919一定の条件でモデルを収束させ，通常操業に対するコークス減少量を評価した．溶銑1 tあたり（THM：Ton Hot Metal）の投入廃棄物量100 kg/THMにおけるCO2削減量は紙コップで95.8 kg/THM，レシートで72.1 kg/THMであった．投入廃棄物の熱分解過程で炉内温度が低下することから，投入可能な廃棄物量は250 kg/THM以下が望ましいことがわかった．（岩瀬 直也）