教育研究への取り組み

正の循環を目指した物質循環制御研究分野

物質循環科学系

社会・世界で求められている研究を通して、課題解決能力とともに社会で活躍しうる能力(企画提案、実践力、国際性、将来展望など)の獲得を目指す。

研究分野Ⅰ（物質循環制御）の紹介

今年度(平成24年度)のデータ

大学院 理工学研究科

博士 4名
修士M2 6名、修士M1 11名
研究生 2名、学部B4 6名
教員 2名、研究員 1名
総勢 32名科学研究費 6件(新規・継続)

環境システム工学系専攻
環境制御システムコース

新学術(2),基盤B(2),基盤C(1),挑戦的萌芽(1)

企業との共同研究
学内助成研究など

スタッフ構成王青躍 准教授
関口 和彦 助 教

人類に課された環境問題の克服を目指して研究を進め、自らの考えに基づいた主張のできる学生を求めている。
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Renewable energy & resources

資源利用系：再生資源・循環性バイオマス精製基盤へのエネ転換 (王青躍教員)

主な研究内容（分野全体）

生態系の循環サイクル：植物,動物,バクテリア

地球環境といった超巨大空間から生活環境といった人間活動空間までを対象とした環境影響化学物質(EICs)の循環機構の解明ならびに環境汚染の制御を究極の目標として、固形有機性産業廃棄物の炭化処理高速化及び資源化

炭化物BBや廃棄バイオマス−炭化物の高分散微粉
炭代替燃料 『バイオマス・ニッポン総合戦略』を背景した有機性

サーマルリサイクル、炭素素材への活用

廃棄物炭化処理による炭素資源創出

太陽太陽光エネルギー
太陽光エネルギー

地球規模長期循環

二酸化炭素(CO2)廃棄

1. 枯渇性資源の高効率利用(低品位石炭有効成分の抽出・濃縮回収技術)

光合成

未利用

バイオエネルギーは世界の総一次エネル
ギー需要の約７倍以上

物質資源化

5. 都市部に飛散する花粉とそのアレルゲン含有粒子の計測手法の開発と環境影響評価

バクテリアは動植物の廃棄物を分解し，光で生長繁殖するにより酸素を吸って二酸化炭素を出し，植物をとって分解して肥料をつくっている

廃棄石炭・バイオマス利用BBのガス化に関する研究

枯渇性化石燃料の高効率利用システム

再変換
物理化学的・生物的
物質変換技術バイオマス

バクテリアガス・オイル・チャー等

有機性廃棄物資源の高効率利用)
4. 都市と周辺地域における固形有機性廃棄物の炭素化処理とその利用システム

動物

動物は呼吸

水

エネルギー資源化

3. バイオブリケット・有機系固形燃料のガス化に関する研究と応用(枯渇性資源と更新性酸素

酸素

コンポスト

未利用バイオマス

2. 再生資源・循環性バイオマスへのエコ素材への転換技術

成により水を分解し，炭酸ガスを固定してグルコースと酸素をつくっている

二酸化炭素

食糧・建築材料など

物

酸素
二酸化炭素

植

植物

植物は光合

地域短期循環バイオマス液化技術
素材・資材への利用
エコマテリアル

再資源化
可能

廃棄石炭利用BBのガス化によるクリーンエネル
ギー転換技術の総合評価と提案

再資源化
不可能

使用済み

低品位石炭有効成分の抽出・濃縮回収技術（油凝集選炭、乾式選炭に関する研究）
廃棄植物性油を油凝集選炭、乾式選炭技術による有効な枯渇性石炭資源を回収(植物起源合成物質・材料)

6. 大気汚染物質（特に浮遊粒子状物質）の発生機構解明と発生源別寄与率の評価
7. 大気中超微小粒子の測定と室内外における環境動態の把握

燃焼灰の再利用システム(過去の研究)発電・・・・・・・・・電気
コジェネレーション・・熱・電気ガス化・・・・・・・・高カロリーガス

8. 促進酸化(AOP)手法による反応活性種の生成と環境汚染物質浄化への応用

熱エネルギー(熱化学的変換 )9. AOP手法を応用したナノ材料、バイオ燃料合成の効率化に関する検討

バイオマス

主として化学的な面から基礎・応用研究に取り組んでいる。
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熱分解・・・・・・・・液体燃料
直接液化 (油化 )・・・・液体燃料
間接液化 (合成 )・・・・メタノールなどエステル化・・・・・・バイオディーゼル

化学エネルギー(生物化学的変換)

アルコール発酵・・・・エタノール
嫌気性消化・・・・・・メタンガス

その他

固形燃料・・ RDF, バイオブリケットなど
炭化・・・・・・木炭・素材・燃料など

上海市BDFのコ・ベネCDM
事業への参入調査(環境省)

工業用BB燃焼灰や石炭灰を用いて、土木資材等の安定無害化･資源化建材に関する有用性調査、利用システム構築

水生植物利用バイオブリケットに関する過去の研究
ベトナムや中国におけるﾘｻｲｸﾙ事業への参入調査

廃棄バイオマス・籾殻の燃料
燃焼由来の微粒子特性

石炭ガス化に由来するター
ルと石炭中に含まれる灰分との不均一反応
灰分がタールの転化に与える影響

BB燃焼灰中の水生植物由来の植物栄養
塩のbio-availability、BB燃焼灰中の水生植物由来の潜在有害金属のphytotoxicity

4花粉アレルゲンの微小粒径への移行現象と大気汚染化学物質との複合的影響

未利用バイオエネルギー創生、利用技術の開発・専門教育

本研究の目的

高度分布?

環境計測

生体影響

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Environmental Assessment & Technology

評価および開発系：大気汚染評価と環境技術開発 (関口和彦教員)

環境と人の関わりを工学的立場から：環境制御システム
大気反応と大気粒子生成プロセスの解明（反応チャンバー）

大気観測と汚染評価
大気粒子状物質の測定と環境影響評価

大気中超微小粒子の大気観測と生成・成長機構解明
粒径100 nm以下の大気中超微小粒子(UFP)は、健康や気象に大きな影響を与えているとされるが、その発生源や生成・成長機構には未解明な部分が多い。質量濃度の低い大気中UFPを選択的に分級濃縮捕集する技術の開発と広域的な大気観測、さらには、その生成・成長機構を室内チャンバーを用いてモデル的に評価し、大気中UFPの大気動態解明を目指す。

Chamber
・先進国の人間は人生の80 %以上を室内空間で生活空間の清浄度調査

大気環境（人が生活する都市大気を中心に）省エネ型汚染制御
促進酸化(AOP)法

AOP method
生活・生産環境（高気密、超清浄空間）

・循環型資源の利用による大気影響の把握

UFPの動態観測と組成分析へのアプローチ

世界初の大気圧UFP分級ﾌｨﾙﾀ(慣性ﾌｨﾙﾀ)

機能性ナノ材料調製装置改良

バイオ燃料合成手法の効率化

Nanomaterial

・合成ﾌﾟﾛｾｽへのAOP法の応用

高度別観測
ｻﾝｼｬｼﾝ60

Bio-Fuel
合成プロセス（反応の促進と制御）

UFPの大気観測(空間分布測定)(核粒子影響評価)

関東広域観測応用
室内ﾁｬﾝﾊﾞｰ(生成ﾌﾟﾛｾｽ評価)

固定発生源評価8廃棄石炭・バイオマス利用バイオブリケットのガス化

要素技術の複合化による環境汚染物質除去や燃料・材料合成技術の開発

廃棄バイオマス（草本類、農林業廃棄物）

BBの応用技術
クリーンガス化開発

反応性の向上(タール生成の抑制)
ガス化速度の向上（ｱﾙｶﾘ金属･ｱﾙｶﾘ土類金属化合物による触媒効果）

コスト削減廃棄物有効利用
地球温暖化抑制

短波長紫外光、光触媒、超音波、ﾌﾟﾗｽﾞﾏ、ﾏｲｸﾛﾊﾞﾌﾞﾙなど、各種反応や撹拌に用いられる要素技術を複合化し、オゾンやOHﾗｼﾞｶﾙといった活性種が有効に働くﾌﾟﾛｾｽの開発を進めており、気相（大気）、液相（水）、固相(土壌)において、それぞれに適した汚染物質除去手法の開発を目指す。また、これら手法の燃料・材料合成ﾌﾟﾛｾｽへの応用（撹拌や分離速度の向上、ﾅﾉ粒子合成）についても、検討を進めている。

廃棄石炭+炭化物
枯渇性石炭資源の有効利用ガス化速度の向上（ｱﾙｶﾘ金属･廃棄石炭利用BB

ｱﾙｶﾘ土類金属触媒効果）

環境汚染の低減

ガス化技術
CH4H2消石灰COCmHn

H2S、COS排出の低減
ガス化速度の向上（Ca等による触媒効果）

凝縮性タールの低減
現在研究中
近未来

再生資源

ガス燃料

都市部民生用燃料
工業ボイラー用燃料

化工原料

石油代替多用途燃料

小型熱電併給自動車燃料

その他

水 素 製 造

ごみ問題

EICsの低減技術

自然系におけるEICsによる影響とその抑制・制御は、多層かつ複合的な因果関係を総合的な見地から解析
反応部

ガス入口

気候影響

ﾊﾞｲｵﾃﾞｨｰｾﾞﾙ燃料

ガス出口
超音波霧

生態影響

EICsによる地球環境への影響
黄砂の輸送

超音波ユニット

UV ランプ

霧化技術

ﾏｲｸﾛﾊﾞﾌﾞﾙ
実験系

適正な分析手法
による性能評価

二次生成EICs

応用

EICsによる変質

Anthropogenic emissions:
Biogenic emissions:

燃料別排
ガス評価

i.e. Isoprene, -pinene

Atmosphericphoto-oxidation

効率的なプロセスの構築（化学ﾌﾟﾛｾｽ、反応ﾌﾟﾛｾｽ）

SECONDARYPOLLUTANTS

Low-molecular weight
unsaturated carbonyls
bicarbonyls, andbifunctional carbonyls

PRIMARYPOLLUTANTS

2-SO2 → SO4
S (IV) → S (VI)

Incomplete combustion products
Unburned gasoline components

long-range transport

HCO3
UV
NOx
Temperature
Humidity…

ﾏｲｸﾛﾌﾟﾗｽﾞﾏ、光触媒含有霧(超音波利用)、ﾏｲｸﾛﾊﾞﾌﾞﾙなど、要素技術の複合化による汚染物質の高効率処理

超音波によるﾊﾞｲｵ燃料(BDFやﾊﾞｲｵEtOH)の合成と精製

a few kilometers

超純水

gravitational settings

黄土地帯

910

担当教員との連絡先
王教員
計測技術

EICsの計測・浄化技術

電話番号： 048-858-3733（直通）／内線4626

生活環境

E-mail： seiyo@mail.saitama-u.ac.jp

EICsによる地域的環境への影響とその計測・浄化は、多層かつ複合的な因果関係を総合的な見地から解析

健康影響

EICsによる地域的環境への影響
気 流関口教員
局所汚染

電話番号：048-858-9192（直通）／内線5739)

566 L/min
第1段7.0 m以上
口、鼻腔

E-mail： kseki@mail.saitama-u.ac.jp

第2段3.3－7.0 m
気管
第3段2.0-3.3 m
気管支第4段1.1-2.0 m
気管支枝
バックアップフィルタ-

ぜひ研究室見学においでください。

1.1 m以下 肺胞

EICsの粒径分布と組成による生体影響

Receptor models
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