マイクロ波加熱・材料の樫村研究室
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マイクロ波加熱プロセシングと材料
研究イメージ図 講義資料



自然と人間の調和的な共生を可能にする新しい科学・技術および社会には、現在の化石資源依存型から光エネルギー依存型への変革が必要です。
特に、素材製造業は二酸化炭素排出量の9割を占めており、これは人類にとって早急に解決しなければならない問題です。
当研究室では、この素材製造分野を光エネルギー依存型へ変革することを目的としています。


具体的には、「工業分野でのエネルギー供給問題」に対して化石燃料による火炎からのマイクロ波加熱・光等の電磁場エネルギーへの転換を採用することで解決し、人類が繁栄する上で必須となる基礎素材開発(金属・セラミクス等)へ応用を研究しています。
これは宇宙太陽光発電、核融合などにより得られたクリーンなエネルギーによる、環境調和型プロセスの最適化です。


従来の金属・セラミクス製造法が抱える課題である劣質原料の再利用を解決し、低温で低炭素排出な新しい素材製造プロセスが提案したい。
素材製造分野における二酸化炭素排出量を大幅に削減することで、人類の発展に貢献したい。
その上で、プロセスの基礎となる物質とエネルギーの変換ダイナミックスの解明にとりくみたい。

そんな希望を持って、電磁波加熱・マイクロ波プロセシングの研究を進めています。

従来の素材製造プロセスを太陽エネルギー依存型プロセスへ変革することを提案したい。

青矢印は本研究で提案する新しいプロセスへの寄与を示します。これにより全産業の9割を示す素材製造分野における二酸化炭素排出量を大幅に削減できます。

(例えば、製鉄分野における二酸化炭素の理論削減値は、マイクロ波加熱を用いることでおおよそ50%へ削減できます。)


マイクロ波加熱の特徴として, 一般に急速(迅速)加熱, 選択加熱の二つが挙げられます。
例えば, 電子レンジで紅茶を温めた際, 我々は速やかに紅茶を温めることができ、この急速に物を温められる点は, マイクロ波の持つ特徴のひとつとして広く知られています(急速加熱)。
また, 電子レンジで加熱された紅茶はその器となるカップと異なる温度になります(私の経験では, カップの温度は紅茶よりも低い)。
これは紅茶の方がカップよりマイクロ波のエネルギーを吸収するために生じる現象で、マイクロ波で加熱された物質も内部にμmオーダーの微小な領域に数十〜数百度もの温度差を形成するとされています。

これまで, この非平衡温度場は, プロセス設計におけるデメリットとして認識されてきました。
しかし, 1999年, この非平衡場を用いた革新的な金属焼結がRoyらのグループより報告され、 この報告を皮切りに微小領域での非平衡状態が広く注目されるようになりました。
現在では, 我が国においても, こうしたマイクロ波のもつ選択加熱性を, 積極的に材料プロセスに応用していく流れが形成されつつあります。


当研究室では、
熱プラズマ・電磁波を「エネルギー」として取り入れて金属・セラミクス製造分野へ応用し、 工業化を見通せる大型の原理実証を行い、各分野の炭酸ガス排出量の削減・循環型資源によるプロセス構築を行なってきました。
誘電率から算出される計算工学をベースに、マイクロ波加熱における高温プロセスの実現に寄与していきます。

排出量割合の大きい鉄鋼、化学工業、廃棄処理などに焦点を絞り、それぞれの低炭素排出化、省資源・省エネルギー化、高速化等の工学的解を得ています。




各分野における二酸化炭素排出量(H.19 環境省発表資料)。

この図から、製鉄分野・化学工業の排出炭素量を半減すれば、我が国の二酸化炭素排出を大幅に削減することができることがわかります。
マイクロ波加熱を用いることで、冶金・化学・材料分野の酸素放出量を削減することが当研究室のモチベーションです。


中部大学 講師 / 樫村京一郎


愛知県春日井市松本町 1200
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