The Roles of nuclear energy in hydrogen production

久保 真治

Engineering, 16, p.16 - 20, 2022/09

https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.12.024

現在、地上に偏在し、しかも、有限な一次エネルギーである化石資源は、産業(工場等)・運輸(自動車等)・エネルギー転換(発電等)分野と広く使用されている。化石資源の大量消費の持続可能性は低いと言わざるを得ない。化石資源を代替できる一次エネルギーには再生可能エネルギーおよび原子力エネルギーがある。これら一次エネルギーを、産業で活用できる形態である二次エネルギーの水素へと変換する重要性が高まっている。原子力は化石資源を使用することなく安定的な電力供給が可能で、さらに再生可能エネルギーの出力変動のフォローおよび、化学製品の原料、還元剤、燃料などと多用途に利用できる水素の製造も可能である。本稿では、一次エネルギーである原子力を用いた水素製造の役割に関し、水素製造に必要な熱源温度・エネルギー量・エネルギーの種別(熱/電気)およびエネルギー変換の基礎について解説した。

Importance of root uptake of CO on C transfer to plants impacted by below-ground CH release

太田 雅和; 田中 拓*

Journal of Environmental Radioactivity, 201, p.5 - 18, 2019/05

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2019.01.012

放射性廃棄物地下処分施設から漏洩するCHは、土壌中で微生物による酸化を受けてCOとなる。既存のC移行モデルでは、土壌中COの植生への移行が主に葉面吸収によって起こることが仮定されている。一方、COの経根吸収の影響は把握されていない。本研究は、COの経根吸収が植生へのC移行に及ぼす影響を評価するため、土壌中のCHの輸送と酸化をモデル化し、これを陸面CO移行モデル(SOLVEG-II)に組み込んだ。モデルによる土壌中CH移行の計算性能は、深部土壌へのCH注入の野外実験データを用いて検証した。次に、モデルを地下水面(深度1m)からのCHの連続放出時の陸面C移行に適用した。土壌中で根が浅く分布(深度11cm)する状況では、植生へのC移行ではCOの葉面吸収の影響が支配的となり、葉へのC蓄積の80%に寄与した。一方、根が地下水面近くまで分布(深度97cm)する状況では、葉へのC蓄積の半分以上(63%)が経根吸収によってもたらされた。更に、メタン酸化が土壌深部(深度20cmあるいは80cmまで分布)で起きた場合には、葉に蓄積したCの全量が経根吸収によってもたらされた。これらの結果から、根が地下水面近くまで分布し、CHの酸化が土壌深部で起きる場合は、COの経根吸収が植生へのC移行において支配的となることが明らかとなった。

Three-dimensional visualization of methane concentration distribution in tunnels to increase underground safety

名合 牧人*; 本島 貴之*; 宮川 和也; 蟹江 俊仁*; 佐ノ木 哲*

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2017 (WTC 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/06

トンネルや地下空洞などの地下構造物を建設する際には、地盤から自然由来のメタンガスが発生し、爆発事故や酸欠事故などの災害が発生する場合がある。このため、安全・法令の両面からメタン等の可燃性ガスを計測管理することは重要である。しかし、従来の固定センサ等による計測では、ガス噴出箇所の面的・立体的分布の把握は難しいという問題があった。そのため、本研究では、レーザー距離計とレーザーメタンセンサを組み合わせ、空間内のメタン濃度分布と空間形状を同時に計測するシステムを開発した。計測したメタン濃度分布を可視化することで、メタンの噴出箇所を特定することができる。開発したシステムを用いて幌延深地層研究センターの地下350m調査坑道においてメタン濃度を計測した結果、従来の固定式センサでは見落とされていた比較的高濃度(数百ppm)のメタン濃度分布が明らかになった。このメタン濃度分布は、主要な断層分布と一致していることから、本研究で開発したシステムの有効性が確認できた。

Neutron powder diffraction study of methane deuterohydrate by the maximum entropy method

星川 晃範; 井川 直樹; 山内 宏樹; 石井 慶信

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 66(10), p.1810 - 1814, 2005/10

https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2005.07.012

メタンハイドレートのStructure Iと呼ばれる構造では、水分子が水素結合により12面体と14面体の二種類のカゴを作り、これらのカゴを積み重ねた結晶構造をしている。しかし、カゴに内包されたメタン分子中の水素の原子座標などは特定されていない。そこで、内包されたメタンの構造を明らかにするため、原研のJRR-3に設置してあるHRPDを用いて回折パターンを測定し、Rietveld法とマキシマムエントロピー法による精密構造解析を行った。水素と重水素では中性子散乱長の符号が異なることから、重水とメタン(CH)でメタンハイドレート試料を合成し、カゴ中の重水素とメタンの水素を区別した。カゴの種類によりメタンの構造に違いがあり、さらに中性子散乱長密度分布がカゴの種類により違うことが明らかになった。

高品質メタンハイドレートの合成と評価

井川 直樹; 石井 慶信; 星川 晃範; 山内 宏樹; 下山 智隆

JAERI-Tech 2004-067, 23 Pages, 2004/11

JAERI-Tech-2004-067.pdf:5.88MB

従来よりも微細な氷を用いることでメタンハイドレートを合成した。中性子回折実験及びメタンハイドレート分解実験によるメタンガス放出量の測定の結果、合成したメタンハイドレートが、実験精度以内で、不純物や未反応の氷を含まない高品質なものであることがわかった。なお、メタンハイドレートの中性子回折データを用いてRietveld解析を行い、さらにMEM解析を行った結果、メタンハイドレート中の各構成原子の散乱長に基づく各原子位置の密度分布を可視することができた。

新しい核熱エネルギー変換技術を求めて; カルノーサイクルからの脱却

石山 新太郎

日本原子力学会誌, 44(12), p.879 - 881, 2002/12

http://ci.nii.ac.jp/naid/10010444478

原研入所から現在に至るまでの著者の研究の紹介を行った。主に、ガスタービンシステムに関する研究と電力水素併産システムに関する研究が主な内容である。(1)ガスタービンシステムに関する研究では、主に再生熱交換器の開発経緯について、主にその苦労話を中心に紹介した。(2)電力水素併産システムに関しては、その原理をわかりやすく紹介するとともに、最近のナノ薄膜合成の成功について紹介を行った。

高温ガス炉で水素をつくる; 将来の主力生産システムをめざして

小川 益郎

エネルギー, 34(5), p.81 - 87, 2001/05

https://ci.nii.ac.jp/naid/40000257145

本解説では、水素の利用法、例えば燃料電池自動車用燃料としての利用及びその需要量、工業化されているメタン水蒸気改質法などの製造法などに関して、まず概説する。そして、天然には存在しない水素を作るエネルギー源として、自然エネルギーに比べエネルギー密度の高い高温ガス炉から得られる核熱を利用するために、現在原研で行っている研究開発について説明する。特に、高温ガス炉の特徴,二酸化炭素低減効果,水からの水素を作る熱化法ISプロセス,水素製造の経済性,今後の研究開発計画について述べる。

Stable isotope ratios of the atmospheric CH, CO and NO in Tokai-mura

Porntepkasemsan, B.*; 安藤 麻里子; 天野 光

JAERI-Data/Code 2000-032, 43 Pages, 2000/11

JAERI-Data-Code-2000-032.pdf:2.88MB

本報告書は、環境条件の異なる東海村内数地点において、大気中CH,CO,NOの炭素,酸素,窒素安定同位体比を測定した結果及び考察をまとめたものである。CH,CO,NOの季節変動は、東海村の4か所のサンプリング地点とコントロールサイト1地点で調べられた。これらの測定により得られたデータは、上記3つの大気中微量ガスの環境中挙動研究に役立てることができる。安定同位体比の測定は、安定同位体比質量分析装置を用いて行われた。1999年の稲栽培時期に水田において測定したこれらのガスの安定同位対比は、明瞭な季節変動を示し、施肥や湛水、排水、収穫等の作業と関連している。より進んだ研究のためには、稲の有機物中炭素のCの測定が必要である。

微生物によるガス発生挙動に関する実験的研究

嶺 達也*; 三原 守弘; 大井 貴夫

JNC TN8430 2000-010, 27 Pages, 2000/07

JNC-TN8430-2000-010.pdf:0.72MB

放射性廃棄物を地層処分する場合、地下水、緩衝材、放射性廃棄物などに含まれる多種多様の有機物が、地下深部に存在する微生物及び処分施設建設時に地表付近から処分施設に持ち込まれる微生物の炭素源となることが考えられる。微生物が有機物を炭素源として利用した場合、二酸化炭素などのガスを発生させる。このガス発生は、地層処分システムの安全性に影響を与える一つの要因と考えられる。本研究では、ガス発生の観点から、メタン生成細菌の活動に着目し、微生物の活動にともなうガス発生に対する有機物の違いによる影響を調査するため、地下水に比較的多く含まれるフミン酸、ベントナイトに含まれる酢酸などの有機物を対象に微生物の有機物分解にともなって発生するメタン及び二酸化炭素の量を測定することとした。試験は嫌気条件で実施し、培養温度は35とした。有機物濃度は培養液に対して100mg/lとなるように調製した。また、pHがガス発生量に与える影響を調査するため、pHをパラメータとすることとした。その結果、フミン酸はメタン生成細菌の炭素源になりにくいこと、また、酢酸などを使用した試験結果から、pHが高くなれば、メタン生成細菌の活動にともなって発生するメタンの量が減少することが示された。なお、二酸化炭素の発生量がpHの上昇にともなって減少することは確認できなかった。

Overview of HTGR heat utilization system development at JAERI

宮本 喜晟; 塩沢 周策; 小川 益郎; 秋野 詔夫; 清水 三郎; 羽田 一彦; 稲垣 嘉之; 小貫 薫; 武田 哲明; 西原 哲夫

IAEA-TECDOC-1056, p.191 - 200, 1998/11

日本原子力研究所では、高温工学試験研究炉(HTTR)を用いて核熱利用系の実証試験計画を進めている。HTTRに接続する最初の熱利用系は10MWの熱によるメタンガスの水蒸気改質システムを選定している。このシステムに用いる水蒸気改質器の性能を向上させるため、バイオネット型触媒管及びヘリウムガスと触媒管表面の伝達促進構造を採用している。熱利用系をHTTRに接続する前に必要な安全審査等のため、炉外技術開発試験を行う。この試験は、電気ヒータでヘリウムガスを加熱するHTTR熱利用系の1/30規模の試験装置を用いて実機の制御性、運転特性等を把握する。試験装置の製作は今年から着手されており、2001年から試験を実施する。一方、熱利用系の基盤研究として熱化学法ISプロセスによる水からの水素製造研究を進め、実験的に水素の発生を確認した。