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韓国化学研、環境親和的な冷暖房器用吸着剤を開発

フランスCNRS研究チームと共同で...少ない電気使用量で冷暖房可能


大徳所在の韓国化学研究院(キム・ソンス院長)は同研究院のCCP融合研究団研究チームとフランスCNRS研究所が共同で電気使用量の少ない環境親和的な冷暖房器用吸着剤を開発したと11月1日に発表した。

一般的な冷暖房器は電気式エアコン、EHP(電気ヒートポンプ)などだがこれらは ▲電力ピークの問題 ▲フロンガスのオゾン層破壊 ▲地球温暖化 ▲化石燃料枯渇などの一原因となる。こうしたことから環境親和的な吸着式冷暖房器が開発された。吸着式冷暖房器は電気をほとんど使用せず天然冷媒である水と吸着剤、地域暖房熱、太陽熱などを利用する。

水が蒸発して周辺の熱を奪うことで冷房され、反対に水分が凝縮する際に熱を放出して暖房されるという原理。これには吸着剤が主な素材として使用されるが冷暖房器内部に水分を吸い込んで冷房を行い、飽和すると外部の熱で水分を吐き出したのち再生される。夏季に太陽熱と廃熱を冷房に使用することができるため資源再活用も可能。

だが既存の吸着剤は性能が低いうえ水分吸着容量が大きく、エネルギー効率が基準に満たなかった。既存の吸着剤であるシリカゲルは吸着容量が小さくゼオライトは150度以上の高温で再生する必要があった。研究チームは商用化の条件を満たす吸着剤を製造した。効率は既存のゼオライト吸着剤よりも24%以上高く、シリカゲル吸着剤より2倍以上容量が大きいうえ、摂氏70度以下の低温でも容易に水分を脱着再生できる。

研究チームの開発した吸着剤はジルコニウムを使用した金属-有機骨格体MOF(Metal-Organic Framework)。研究チームはフランスのCNRSの研究チームと共同でジルコニウムの陽イオンと芳香族カルボン酸の陰イオンを結合させて3次元の骨格構造をもち内部に孔の多い新たな物質を作った。

開発された吸着剤は親水性と疎水性の性質を同時に備え、冷房の運転条件で水分吸着力が増加し、低温再生能力も大幅に向上する。硫酸、塩酸などに露出しても構造の損傷がない。また既存の金属-有機多孔性素材に比べて高圧でも機械的強度が非常に高い。水分吸着剤以外にスマート空調器、除湿乾燥器などの吸着素材としても活用できる。

新たに開された素材を吸着式冷暖房器に用いればエアコンの5%未満の電気使用で事足りる。チャン・ジョンサン博士研究チームは2012年に金属-有機骨格体吸着剤分野で初めて摂氏100度以下で低温再生の可能なMOF吸着剤を開発、米国などで国際特許を登録していた。2018年5月にはこの技術について韓国国内特許を出願、現在は吸着式冷房、除湿乾燥器製品の事業化を目標に技術移転を進めている。

チャン博士は「今回開発した金属-有機骨格体水分吸着剤の設計技術は異常気象や地球温暖化に対応して太陽熱や中低温廃熱を活用する未来形冷暖房産業の核心技術。スマート空調、除湿、乾燥分野の事業化にも寄与できるものと期待される」と話している。

研究結果は『Nature Energy』電子版に掲載された。





[2018-11-05]

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