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効率的なCO₂地中貯留を目指して流れを化学の力で制御【今日の大学】
2023.05.16 14:00
本学薬学部の飯島淳講師が所属する、国際共同研究チームによる研究の成果が、英国王立化学会が発行するPhysical Chemistry Chemical Physics(電子版2023年4月19日付)に掲載されました。

 
効率的なCO₂地中貯留を目指して流れを化学の力で制御する!
~二液体が一部だけ混ざり合う性質による流動界面の変形の抑制に成功~

東京農工大学大学院生物システム応用科学府生物機能システム科学専攻 2022年度前期博士課程修了の岩﨑かおりさん、同大学院工学研究院応用化学部門の長津雄一郎教授、大阪大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻化学工学領域の伴貴彦講師、本学薬学部の飯島淳講師、インド工科大学ローパー校数学科のManoranjan Mishra教授、東京農工大学大学院グローバルイノベーション研究院の鈴木龍汰特任助教からなる国際共同研究チームは、2種類の液体が完全には混ざらない「部分混和性(※1)」を利用した流動実験において、流体力学的な不安定性(※2)(2種類の粘度の違いで引き起こされる2液体間の界面の変形)が抑制されることを世界で初めて発見しました。

これは部分混和性に由来して生じる相分離の際に、液体の流れが自発的に発生するためであり、完全に混ざる「完全混和(※1)」やまったく(ほとんど)混ざらない「非混和(※1)」ではみられない現象です。

本研究チームはその自発的な流れの方向を制御することで、2液体の間の不安定性(変形)の抑制に成功しました。
地層からの石油回収プロセスや地層へのCO₂圧入プロセスでは、液化もしくは超臨界CO₂と水や石油は部分混和性になっていることがわかっており、本成果は、部分混和性を利用した当該プロセスの新たな制御法の創出へ寄与することが期待されます。また、本成果は化学熱力学と界面流体力学の領域横断的な共同研究で達成しました。

■語句解説

※1 流体の混和性:二流体が相互に全く(ほとんど)溶解しない場合、すなわち溶解度ゼロの場合を非混和と呼ぶ。例えば、水と油は非混和といえる。一方、二流体が相互に溶解する場合、すなわち溶解度無限大の場合を完全混和と呼ぶ。例えば、水と水あめは完全混和である。これらに対し、二流体が有限の溶解度をもつ場合を部分混和と呼ぶ。例えば、常圧・25℃でアセトンとヘキサデカンを同じ体積で混合すると、体積割合でアセトン32%とヘキサデカン68%の混合溶液とアセトン73%とヘキサデカン27%の混合溶液の二相に相分離する。この場合、アセトンとヘキサデカンは有限の溶解度をもち、二流体は部分混和である。

※2 二流体界面の流体力学的安定・不安定:流体の界面で生じた微小な乱れが増幅し、それにより界面が変形する現象を流体力学的不安定という。一方、生じた微小な乱れが減衰してゆく場合、流体力学的安定という。

 
◎詳細は プレスリリースをご覧ください。