論文データベース

プラスチックやバイオマスの熱分解過程で発生する揮発性ガスや分解ガスを調べるため、TG–FTIR（熱重量分析–フーリエ変換赤外分析）が活用されています。ポリプロピレン(PP)、木質バイオマス(WB)、段ボール(CB)およびその混合物を加熱（～850℃）し、発生ガスをオンラインFTIRで解析しています。その結果、試料組成や昇温速度によってC–H基由来の揮発成分や一酸化炭素（CO）の発生量が大きく変動し、例えばPPを多く含む試料ほど炭化水素系ガスの収量が増加することが判明しました。このようにFTIRにより材料の組成と熱分解ガス生成挙動の相関が詳細に評価され、廃棄物のエネルギー回収プロセス最適化に資する知見が得られています。

CO₂とH₂からメタノールを合成する触媒反応系において、中間種の赤外吸収をその場観察した研究事例です。Cu/ZnO系触媒にIn₂O₃を担持して反応を促進する手法を検討し、反応中の表面種を原位FTIRで追跡しています。FTIRスペクトルからフォルマートや炭酸種などの中間体の生成・消費をリアルタイム解析した結果、触媒への添加物（In₂O₃）がCO₂の活性化経路に影響を与え、メタノール収率を向上させるメカニズムを分子レベルで解明しています。触媒反応の反応機構解明にFTIRを用いる典型的な事例と言えます。

リチウムイオン電池の熱暴走時や劣化時に発生するガス組成の分析に関するレビュー論文です。FTIRは非侵襲で多彩なガス種を同時検出できるため、Liイオン電池のベントガス中の主要成分（CO₂, CO, H₂, CH₄, C₂H₄など）および有害副生成物（HFや有機フッ化物等）の同定に適しているとされています。実際、電池セルの加熱・過充電実験においてFTIRをオンライン接続し、時間分解でガス発生挙動を捉える手法も報告されています。FTIRによるガス分析は電池の安全性評価や劣化機構の解明に不可欠な手段となりつつあります。

バイオマス発電所でのCO₂分離回収(BECCS)プロセスにFTIR分析を適用した事例です。炭酸カリウム水溶液によるCO₂吸収工程において、溶液中の炭酸イオン（K₂CO₃）と重炭酸イオン（KHCO₃）の濃度をFTIRでその場測定し、溶媒中のCO₂負荷をリアルタイムで算出する手法を検討しました。FTIRスペクトルから溶液成分を識別・定量するモデルを構築し、汚染物質の影響も評価した結果、FTIRは溶媒の劣化や吸収性能低下を迅速に検知できる可能性が示唆されています。これはCCS/BECCSプロセスの監視・最適化にFTIRを活用した例と言えます。

アンモニアと水素の混合ガス燃焼を対象に、反応機構を調べた研究です。ジェット攪拌炉(JSR)を用いて大気圧・800–1280KでNH₃/H₂酸化を実験し、生成ガスの同定・定量にFTIRを活用しました。FTIRによりNH₃分解やNOx生成に関与する中間種（H₂O、NO、N₂O等）の濃度を測定しつつ機械論モデルを検証した結果、少量のH₂添加でNH₃の酸化反応性が大幅に向上し、NOx生成挙動にも複雑な影響を及ぼすことが明らかとなりました。FTIRは反応系の詳細な速度論解析にも寄与しています。

ガソリンエンジンの三元触媒(TWC)における副生成物を抑制する研究において、触媒通過前後の排ガス成分をFTIRで連続測定した報告です。FTIRを用い、NO・NO₂・N₂O・NH₃・CO・炭化水素を同時計測しながら空燃比（λ）の変化による影響を評価しました。その結果、空燃比がリッチ側になると触媒下流でNH₃やN₂Oが生成する傾向が観察され、FTIR測定により三元触媒での副反応動向を詳細に把握しています。

北海道陸別と南極昭和基地においてFTIRリモートセンシングにより大気中のHFC-23を世界で初めて観測しています。FTIRで得られたHFC-23濃度の増加傾向は、既存の地上インシチュ測定による結果と整合し、地上FTIR観測がHFC-23の濃度トレンド把握や全球分布モニタリングに有用であることが示されています。温室効果の強いフロン副生成物HFC-23に対するモニタリング手法としてFTIRの有効性が確認された事例です。

ロシア・サンクトペテルブルク州立大学のNDACCステーションでは、FTIRによる太陽光スペクトル観測からCO₂・CH₄・N₂O濃度を2009–2022年にわたり測定しています。その結果、CO₂が年率0.56%、CH₄が0.46%、N₂Oが0.28%の割合で増加していることが報告されています。FTIRは地上からの長期的な温室効果ガスモニタリング手法として有効であり、観測データからトレンド解析が行われています。

再生可能エネルギー由来水素の貯蔵媒体である液体有機水素キャリア（LOHC）が高分子材料に及ぼす影響を調べた研究です。HDPEとPOK（ポリケトン）試料を、それぞれLOHC中に25℃および60℃で500時間浸漬し、機械特性とレオロジー特性の変化を評価しました。その結果、HDPEでは曲げ強度の低下や衝撃エネルギー吸収能の変化、動的粘弾性（DMA）での貯蔵弾性率低下、および複素粘度の一貫した低下が観察されました。一方、POKは浸漬時間の増加に伴い曲げ弾性率がむしろ上昇し、レオロジー的剛性は大きく変化しないという対照的な挙動を示しました。これらの知見は、水素エネルギー社会に向けた材料選定（例えば燃料タンク用ポリマー）に重要であり、HDPEに比べPOKの方がLOHCによる劣化耐性が高い可能性を示しています。

深共晶溶媒（例えばキオ塩：コリン塩基性アミン）を用いた中空糸膜コンタクタによるCO2吸収プロセスで、溶媒(水と再ライン混合物)の粘度がCOに与える影響を調べた研究です。水を添加してDESの粘度を下げると膜内の液流動抵抗が減少し、CO2吸収・脱離速度が向上することを実験的に確認しています。具体的には、水を含まないDESでは粘度が高く境膜拡散が律速でしたが、水の添加により粘度が低下→吸収率向上というトレードオフを最適化できることが示されました。これは膜式DACやCCS装置の溶媒開発において重要な示唆を与える結果です。