Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

電気分解 / 固体酸化物電気分解セル / 再生可能エネルギー / 水 / 二酸化炭素 / 水素 / 電気分解セル / 非定常電力

再生可能エネルギーの普及に伴い、その不安定な非定常電力を固体酸化物電気分解セル（Solid Oxide Electrolysis Cell）により電気分解にて活用する可能性を検討した。従来のSOECの課題は大面積化が困難な点である。そこで金属基板上にSOEC層を形成した金属基板SOEC（MS-SOEC）を開発した。新たに提案した成膜条件によるMS-SOECを開発し、このセルを用いて電気分解を実証した。この手法により、SOECの大面積化が可能となる見通しを得、再生可能エネルギーの非定常余剰電力を水、二酸化炭素電気分解で製造した水素、一酸化炭素として活用できる可能性を見出した。

沈み込み帯 / 水流体 / マグマ / 海水 / 塩水 / 二酸化炭素 / 元素分配 / 高温高圧実験 / スラブ / マントルウェッジ / 流体包有物 / 放射光蛍光X線 / 塩濃度 / 水 / 分配係数 / 火山 / 温泉 / 蛇紋石 / マントル捕獲岩 / マントル交代作用 / 超臨界流体 / 堆積岩

1) 東北日本弧一ノ目潟火山のレルゾライト捕獲岩には、炭酸塩鉱物と塩水からなる流体包有物が存在し、塩水は3.7±0.8%の塩濃度を持つ。2) マグマと水流体の間の微量成分元素分配のその場観察実験を行った。火山弧の下で海洋プレートからマントルウェッジに加わる超臨界流体は塩素を含み、上昇過程で塩水とメルトに分離することで島弧玄武岩の化学的特徴を説明する仮説を提案した。3) マントルウェッジに塩水をどう運ぶかに制約条件を与えるために、スラブを構成する高圧変成岩中の流体包有物を研究対象とした。特に、蛇紋岩メランジュに含まれるヒスイ輝石岩に注目し、複数の変成帯の岩石中に塩水を含む流体包有物を発見した。

マントル / 水 / 二酸化炭素 / 玄武岩 / 部分融解 / 高圧実験 / マグマ

地球のマントルを代表していると考えられるマントルカンラン岩(レールゾライト)について,含水および含二酸化炭素の融解実験をピストンシリンダー型高温高圧発生装置を用いて,1および3ギガパスカルの圧力下でそれぞれ行った.含水融解実験に関しては,我々によってすでに行われていた実験を低温領域に拡大し,できた融解液(マグマ)の化学組成および融解量(マグマ生成量)を求めた.その結果,カンラン岩の無水ソリダス温度以上では融解液は玄武岩質であるのに対し,それ以下の温度では温度の低下とともに融解液のシリカの量が急激に増大し安山岩質になること,また少量の水の存在がマグマの生成量を飛躍的に増加させることがわかった.例えば0.2%の水は1300度においてマグマの生成量を倍増させる.また沈み込み帯に特徴的な高マグネシア安山岩は,もしマントルの化学組成が特にマグマ成分に枯渇しているのではないならば,それらは島弧型ソレアイト玄武岩に比べて低温のマントルの生成物であることがわかった.含二酸化炭素の融解実験に関しては,その融解液の組成を広い温度範囲にわたって求めた.すでにいくつかの実験で示唆されていたように,融解温度の増加にともないマグマはカーボナタイト質からアルカリ玄武岩質に変わっていくことが,マントルカンラン岩の直接の融解実験で今回はじめて確かめられた.また融解温度を増加させていくと,得られるアルカリ玄武岩質マグマの組成はシリカに富み,カルシウムに乏しくなるなどの特徴が見られたが,この事実によって天然のアルカリ岩の組成変化をうまく説明することができる.すなわち天然のアルカリ岩は二酸化炭素の存在下で生成され,その組成バリエーションは150度程度のマントルの温度差を反映していることが示唆された.

【研究分担者】
劉醇一	千葉大学	大学院工学研究院	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
三部賢治	東京大学	地震研究所	助教	(Kakenデータベース)
山本順司	北海道大学	総合博物館	准教授	(Kakenデータベース)
石丸聡子	熊本大学	大学院自然科学研究科	助教	(Kakenデータベース)