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利用沼氣生産甲醇的光化學試驗田——實現畜牧養殖行業的碳循環

【産學研新聞】大阪大學,北海道興部町,AIR water 公司,岩田地崎建設,四機構于2021年2月締結了【利用沼氣(甲烷和二氧化碳的混合氣體)制取甲醇和甲酸的光化學試驗田】項目。該項目于2022年5月完成了試點工廠建設,并且舉行了竣工儀式,旨在利用甲烷的光氧化技術實現畜牧行業的碳循環。

甲烷光氧化的技術概述(下一期将會對該研究成果進行考古

大阪大學的大久保教授的研究團隊,于2017年左右發現了,利用殺菌消毒劑為主成分的二氧化氯,将其和甲烷氣體溶解在Fluorous溶液中,進行光照時,能夠在常溫常壓條件下把甲烷轉換為甲醇和甲酸的技術。甲醇的工業制取方法是,利用天然氣為原料,在CO和H2的反應下制得。但是該反應會利用腐蝕性較強的金屬催化劑,以及在50-100個大氣壓,240-260℃左右的高溫高壓條件,所以日本不生産甲醇,基本依賴進口。如果能夠利用甲烷的光氧化技術制取甲醇甲酸,那麼能夠在某種程度上緩解日本的甲醇進口依賴性,還能夠為牧場草料的提供甲酸添加劑。

圖1.利用甲烷在二氧化氯條件下的光氧化,生産甲酸和甲醇


将光學技術利用畜牧養殖行業
以上的光化學反應中的原料甲烷,是可以通過畜牧養殖行業中産生的沼氣獲得。另外,沼氣工廠除了以牲畜的糞便為原料生産沼氣外,還能得到有機肥,實現了碳的最大循環。通過該甲烷光氧化技術,可以創出世界上首次的【利用家畜糞便制取生物甲醇,生物甲酸】的新技術,并且在該技術的作用下可以大量減少溫室氣體的排放。


該項目在NEDO支持下進行研發


為了讓該技術能夠迅速商業化,在2021年2月,除了持有甲烷光氧化該技術的大阪大學之外,提供實驗基地的北海道興部町,提供面向大規模技生産技術開發的Air water公司,以及岩田地崎建設株式會社,這四家機構簽署協議,建立了密切的産學研聯系。2021年4月,為了更具體地實施研究開發,把實驗裝置大規模化,該項目又得到了日本國立新能源産業技術綜合研究機構(NEDO)的大力支持。

圖2.各個機構的分工與擔當

各個機構擔當的項目如圖2所示。在2021年,北海道興部町在北興地區建立了甲烷氧化技術研發開發棟(圖3)。另外一方面,在實驗工廠内部開發了一個大約1000L左右的反應槽,用來進行甲烷的氧化制取甲酸甲醇實驗。基于此,建設世界上第一個使用畜牧原料的甲烷光化學試驗工廠。

圖3.建立的甲烷氧化技術研發開發棟

技術開發完成後,目标在2030年左右,計劃将該系統實用化,導向更多的畜牧業基地,形成就地生産、就地消費為基礎的碳循環體系(圖4)。



圖4.在畜牧業中形成,就地生産、就地消費為基礎的碳循環體系構成圖

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