研究者詳細 - 成瀬　一郎

Evaluation of agglomeration of biomass ash during fluidizedbed combustion Open Access

Tauchi, N; Miyashita, K; Shigeta, J; Zhang, H; Demachi, T; Yoshiie, R; Ueki, Y; Naruse, I

MECHANICAL ENGINEERING JOURNAL 13 巻 ( 1 ) 頁： 25-00239 - 25-00239 2026年

バイオマス熱分解挙動のメカニズム解明 Open Access

渡邊宏満, 張慧, 出町豊子, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎, 大手綾乃, 大嶋祐介, 中川原聡

日本エネルギー学会誌 104 巻 ( 11 ) 頁： 134 - 140 2025年11月

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

非鉄金属製錬業界では，カーボンニュートラル実現に向けて，リサイクル原料の処理拡大を加速させている。しかし，金属リサイクル炉として重要な役割を担っているTop Submerged Lance（TSL）炉では，多量の石炭を消費しており，今後，石炭の使用量を削減するために，代替燃料の候補の一つであるバイオマスの有効利用が期待されている。そこで本研究では，セルロース，ヘミセルロースおよびリグニンの組成が異なる４種類のバイオマス試料について，熱重量分析装置を用いて熱分解挙動を解明した。その結果，熱分解挙動はバイオマス組成に依存した。バイオマス組成の影響を明らかにするために，セルロース，ヘミセルロースおよびリグニンの試薬を実際のバイオマス試料と同じ割合に調整した模擬バイオマス試料の熱分解挙動と比較した。その結果，実バイオマスの熱分解挙動は，基本的に模擬バイオマス試料の熱分解挙動と概ね類似した挙動をした。ただし，チャー構造が塊状を呈するような実バイオマスについては模擬バイオマスの熱分解挙動とは異なる傾向を示した。

DOI： 10.3775/jie.104.134

O-08　バイオマスガス化過程における微量元素を含む微粒子の生成挙動解明

米田拓真, 出町豊子, 張慧, 成瀬一郎, 植木保昭, 義家亮

バイオマス科学会議発表論文集 21 巻 ( 0 ) 頁： 19 - 20 2025年11月

1-07　高温でのH2OおよびCO2ガス化反応におけるコークス内灰粒子挙動

鄭振傑, 植木保昭, 張慧, 出町豊子, 成瀬一郎

石炭科学会議発表論文集 62 巻 ( 0 ) 頁： 14 - 15 2025年10月

2-08　廃棄物処理プラントにおける高温腐食抑制コーティングの実証試験

長沼宏, 澤田晃宏, 森岳人, 後藤妙子, 小坂祥枝, 成瀬一郎

石炭科学会議発表論文集 62 巻 ( 0 ) 頁： 54 - 55 2025年10月

反応速度論解析による様々なバイオマスのチャー燃焼挙動の解明 Open Access

松成祥平, 高橋広大, 出町豊子, 張慧, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎

日本エネルギー学会誌 104 巻 ( 10 ) 頁： 122 - 128 2025年10月

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

バイオマス中の固定炭素分の含有率は揮発分と比べて少ないものの，燃焼完結時間全体に占める固定炭素分の燃焼時間は揮発分の放出・燃焼時間よりも長い。そこで，本研究ではチャーの燃焼挙動を実験および反応工学的に明らかにした。本研究では，複数種類のバイオマスチャーの空気中での燃焼特性を，熱天秤を使用して定量的に検討した。バイオマスチャーは1173 Kの窒素雰囲気下で製造し，その後，雰囲気を空気に切り替えてチャー燃焼挙動を明らかにした。使用したバイオマス試料は，針葉樹，広葉樹，パームヤシの一部およびソルガムである。また，バイオマスの主な構成成分であるリグニン，ヘミセルロースおよびセルロースの含有量分析ならびに製造したチャーの結晶構造も分析し，それらがチャーの燃焼挙動に与える影響を考察した。結果として，チャー化する前のバイオマスにおいてリグニンの含有量が多いものほど，チャーの燃焼時間が長くなる傾向であった。また，グラファイト構造を呈しているバイオマスチャーは，燃焼時間が長期化する傾向であった。反応速度論解析で得られた細孔構造パラメータは，対象としたバイオマスチャーにおいてはほとんど変化しなかった。これらの結果から，リグニン含有量および結晶構造がバイオマスチャーの燃焼挙動に影響することを定量的に明らかにした。

DOI： 10.3775/jie.104.122

Effects of inherent ash particles on the powdered biochar structure evolution in H2O and CO2 gasification

3-3-3　バイオマスガス化模擬ガスによる固体酸化物燃料電池の発電特性

川辺昇, 張慧, 出町豊子, 成瀬一郎, 義家亮, 植木保昭

日本エネルギー学会大会講演要旨集 34 巻 ( 0 ) 頁： 62 - 63 2025年7月

3-5-2　ゴムの水蒸気ガス化時の反応およびタール・すすの生成挙動

安中潤, 張慧, 出町豊子, 成瀬一郎, 植木保昭, 義家亮, 間瀬昭雄, 西岡鉄馬

日本エネルギー学会大会講演要旨集 34 巻 ( 0 ) 頁： 74 - 75 2025年7月

Wang, YX; Uemoto, M; Ueki, Y; Yoshiie, R; Naruse, I

JOURNAL OF THE ENERGY INSTITUTE 119 巻 2025年4月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Journal of the Energy Institute

As the use of powdered feedstocks in efficient combustion/gasification processes increases, the impact of inherent ash becomes more significant. This study investigates the effects of inherent ash particles, with their catalytic actions, on the external and internal structural evolution of powdered biochar during H2O and CO2 gasification. The external structure, including char surface morphology and ash particle distribution on the surface, was analyzed using SEM-EDX and binarization. Three catalytic kinetic models—the catalytic volume reaction model (CVRM), catalytic shrinking core model (CSCM), and catalytic random pore model (CRPM)—were applied to evaluate internal structure evolution. The results show that char fragments from H2O gasification exhibit a pronounced pore structure with an eroded and fractured carbon matrix. Ash particles are compact and spherical, embedded in surface grooves and eroded pore edges. Model fitting suggests that the internal structure evolution follows the pattern described by CRPM. These findings suggest that H2O molecules penetrate the pores, promote fragmentation, and expose more active surface area and catalytic ash particles, thereby accelerating the reaction rate. In contrast, char fragments from CO2 gasification show smooth surfaces and regular edges, with ash particles loosely adhering to the pores and exhibiting minimal catalytic activity. The internal structure evolution in CO2 gasification is well described by the CSCM. These external and internal structure evolutions indicate that the char-CO2 reaction mainly occurs on the char surface, with ash particles gradually exposed but lacking significant catalytic effect. Based on these findings, two distinct char physical structure evolution forms under the influence of inherent ash particles were proposed for H2O and CO2 gasification.

DOI： 10.1016/j.joei.2024.101941

Web of Science

The role of post-pyrolysis carbon dioxide capture in hydrogen recovery from waste-derived pyrolysis gas

Wang, YX; Veksha, A; Ong, J; Ueki, Y; Yoshiie, R; Naruse, I; Lisak, G

FUEL 381 巻 2025年2月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Fuel

The study elucidated the role of post-pyrolysis CO2 removal using a CaO sorbent on upgrading pyrolysis gas into H2-rich gas. The pyrolysis gas was obtained from various waste-derived feedstocks (municipal sewage sludge, refused derived fuel (RDF), pine sawdust (biomass), and marine litter) by pyrolysis (600 °C), and underwent the treatment with CaO (600 °C) followed by the thermolytic decomposition at 1300 °C. The results show that CaO utilization does not change significantly H2 yield and higher heating value of gas on a feedstock mass basis but increases H2 purity from 49.6–83.3 to 63.7–94.4 vol% and H2/CO ratio from 1.1–5.7 to 1.9–19.8 of the product gas across all feedstocks. Normalized rate constants K for CO2 capture by CaO, determined by the grain model, varied between 0.0001 and 0.0006 min−1, revealing the feedstock-specific effectiveness of CaO. The higher CaO consumption rates were observed in case of RDF and biomass compared to sludge and marine litter. This could be attributed to the coking and faster carbonation of CaO caused by the composition of pyrolytic products. The obtained results emphasize the potential of integrating CaO sorbent into pyrolysis-based processes for the production of decarbonized H2-rich gas with higher purity. Moreover, the use of normalized kinetic parameters provides a straightforward method for the selection of feedstocks suitable for decarbonization of pyrolysis gas using CaO sorbent. The predominant factor affecting the carbonation kinetics of the CaO sorbent was found to be the CO2 flow rates in their respective pyrolysis gases.

DOI： 10.1016/j.fuel.2024.133293

Web of Science

Effect of temperature on reaction and degradation behaviors during CO2 and H2O gasification reactions of coke in same conversion ratio

Zheng Zhenjie, Ueki Yasuaki, Naruse Ichiro

ISIJ International advpub 巻 ( 0 ) 2025年

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：The Iron and Steel Institute of Japan

The efficiency of blast furnaces is adversely affected by coke degradation via gasification. Considering the utilization of hydrogen-enriched blast furnaces, it is essential to investigate the reaction and degradation behaviors of coke at different temperatures. In this study, coke gasification experiments were conducted under CO2 and H2O atmospheres at different temperatures to prepare cokes with a conversion ratio of 0.2. The reaction rate of the H2O gasification reaction was higher than that of the CO2 gasification reaction at the same temperature. The activation energies for CO2 and H2O gasification were 150.2 and 126.0 kJ/mol, respectively. After gasification, the shrinkage ratio was low by H2O gasification at 1273 K and increased with increasing temperature, indicating that the surface reaction became the control factor that consumed the coke matrix with increasing temperature. On the other hand, the shrinkage ratio by CO2 gasification tended to be stable from 1273 to 1673 K. Furthermore, the increase in the porosity of coke by H2O gasification was lower than that by CO2 gasification at higher temperatures. In addition, the strength of the coke via H2O gasification was higher than that of the coke via CO2 gasification.

DOI： 10.2355/isijinternational.isijint-2024-344

Elucidation of Char Combustion Behaviors for Various Types of Biomass by Reaction Kinetic Analysis Open Access

Matsunari, S; Takahashi, K; Demachi, T; Zhang, H; Ueki, Y; Yoshiie, R; Naruse, I

JOURNAL OF THE JAPAN INSTITUTE OF ENERGY 104 巻 ( 10 ) 頁： 122 - 128 2025年

流動焙焼炉内の亜鉛焙焼反応挙動 Open Access

中野颯斗, 張慧, 出町豊子, 植木保昭, 成瀬一郎, 中川原聡, 井野口康祐, 松浦大

廃棄物資源循環学会研究発表会講演集 36 巻 ( 0 ) 頁： 219 2025年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人廃棄物資源循環学会

亜鉛製錬において，Zn回収率向上を目的として製鉄プロセスや亜鉛製錬プロセスにおいて廃棄物として捨てられるFeやZnを含んだダストを原料として亜鉛精鉱と混合し焙焼炉に投入するという試みが近年行われている．しかし，ダストを原料に混ぜて投入することで流動焙焼炉において流動不良が発生してしまうという大きな問題がある．本研究では，亜鉛精鉱の流動焙焼炉内における焙焼反応挙動に関して解明することを目的としている．具体的には，熱機械分析装置TMAを用いて実際の焙焼炉内の条件を再現した模擬焙焼実験，焙焼炉内における溶融特性の評価のため熱力学平衡計算を行い，原料の違いによる酸化焙焼過程の検証，流動性悪化に対する影響の評価，検討を行った．以上の実験より，ダストは流動焙焼炉内で亜鉛精鉱よりも溶融しやすく，その理由として溶融スラグの生成や試料内の物質の一部の気化が試料の収縮の要因だと考察できる．

DOI： 10.14912/jsmcwm.36.0_219

木質バイオマスのCO2ガス化挙動におけるCO2濃度依存性

加賀貴美子, 義家亮, 神原信志, 長谷川翔一, 成瀬一郎

環境工学総合シンポジウム講演論文集 2025.35 巻 ( 0 ) 頁： J203 2025年

ゴムの水蒸気ガス化挙動およびタール・すすの生成挙動 Open Access

安中潤, 張慧, 出町豊子, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎, 間瀬昭雄, 西岡鉄馬

廃棄物資源循環学会研究発表会講演集 36 巻 ( 0 ) 頁： 389 2025年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人廃棄物資源循環学会

効率的に少量の廃ゴムを利用する有望な方法の一つとして，水蒸気ガス化が挙げられる．これにより，生成した合成ガスから水素および一酸化炭素を抽出し，C1ケミカルによって有機合成利用することが可能となる．本プロセスを確立するためには，生成ガスのみならず，タールおよびすすの生成挙動を詳細に把握することが不可欠である．本研究では電気加熱バッチ式縦型管状炉を用いて，熱分解，チャー水蒸気ガス化，総括水蒸気ガス化の3つの反応プロセスにおいて，等温水蒸気ガス化実験を実施した．各実験では，質量減少，生成ガス組成の分析，生成したタールおよびすすの質量計測を行った．

DOI： 10.14912/jsmcwm.36.0_389