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• 氷点下温度域におけるクラスレートハイドレートの相平衡条件と結晶構造

  2015年03月 

論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• Eutectic crystallization of cyclopentane clathrate hydrate and calcium sulfate: Implications for seawater desalination

  Yuta Agatsuma, Mion Orita, Yukari Sukegawa, Kouki Mekaru, Rinnosuke Tamaki, Ryo Ohmura, Keita Yasuda

  Journal of Environmental Chemical Engineering ( Elsevier )  13 ( 5 ) 118029   2025年10月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

  関連する研究費コード: JP19K14911, JP22K03948

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  The eutectic crystallization of cyclopentane clathrate hydrate and solid calcium sulfate was performed to reduce the amount of calcium sulfate in concentrated seawater for the development of seawater desalination and salt production technology. The experiments were performed in terms of eutectic conditions and dynamics of eutectic crystallization. From the eutectic condition measurements, it was found that the eutectic temperature is 280.1 K, and the eutectic concentration corresponds to a mass fraction of 0.002 of calcium sulfate. In the eutectic crystallization experiments, the remaining unreacted solution was analyzed. An increase in the water-to-hydrate conversion ratio led to an increase in the reduction ratio of calcium sulfate; it was found that an average water-to-hydrate conversion ratio of 14 % yielded an average reduction ratio of calcium sulfate of 18 %. Based on these results, a conceptual design for a methodology was presented combining reverse osmosis, multi-stage clathrate hydrate-based seawater desalination, multi-stage clathrate hydrate-based seawater desalination with calcium sulfate reduction, and clathrate hydrate-based seawater desalination and salt production.

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• Dynamics and morphology of CO₂ hydrate crystals formed in highly concentrated sodium chloride aqueous solution

  Ryonosuke Kasai, Leo Kamiya, Keita Yasuda, Ryo Ohmura

  ACS Sustainable Resource Management ( ACS Publications )  2 ( 9 ) 1769 - 1775   2025年09月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Clathrate-hydrate-based desalination would surpass reverse osmosis membrane technology in terms of the water recovery ratio and energy consumption on an industrial scale. For engineering practice, comprehension of hydrate crystal growth and morphology is essential because these kinetics affect the efficiency of the hydrate formation and dewatering process. We measured the three-phase equilibrium conditions of CO#D2#DR + NaCl aqueous solution with a mass fraction of 0.20. The equilibrium temperature at 2.1 MPa was determined to be 265.9 K. We observed crystal growth and the morphology of the CO#D2#DR hydrate in the same system at various subcooling temperatures under 2.1 MPa. Dendritic and polyhedral crystals were observed at large and small subcooling temperatures. The crystal growth rate was higher at large subcooling temperatures in the same system. At a given subcooling temperature, the growth rate in NaCl aqueous solution was obviously lower than in pure water under a given driving force of crystal growth. We discussed this difference in the aspects of viscosity, CO#D2#DR solubility, and thermal conductivity. These observations indicate that both hydrate formation rate and dewatering efficiency depend on subcooling temperature and are in a trade-off relation. The results would facilitate the optimization of the operation conditions of hydrate-based desalination plants.

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• Clathrate Hydrate-Based Carbon Capture: A Laboratory Experiment

  Keita Yasuda, Mion Orita

  Journal of Chemical Education ( ACS Publications )  102   4102 - 4108   2025年08月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Clathrate hydrate-based carbon dioxide separation technology was applied to a laboratory experiment using a mixed gas of carbon dioxide and nitrogen. From October 2022 to August 2024, this experiment was offered to 16 groups comprising 109 second- and third-year undergraduate students. The experiment was also conducted in a high school lecture involving a total of 16 participants. To ensure safety, a glass pressure vessel enclosed in a polycarbonate casing was used at a maximum pressure of 1.5 MPa. Under low temperatures and high pressures, carbon dioxide and nitrogen reacted with a tetra-n-butylammonium aqueous solution to form clathrate hydrates, which preferentially incorporate carbon dioxide. By measuring the gas composition before and after hydrate formation, it was confirmed that carbon dioxide was consumed, thereby lowering its fraction. Based on the measured temperature, pressure, and gas-phase composition data, students tackled exercise problems requiring them to calculate the composition within the clathrate hydrates by applying the equation of state to the gas phase before and after clathrate hydrate formation. Assessment was based on written reports. An analysis employing The Revised Taxonomy verified that the experiment covered a broad spectrum of both Knowledge and Cognitive Process domains. Consequently, many students reached the learning objectives, resulting in a 93% pass rate with an average passing score of 86 out of 100.

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• Eutectic conditions of carbon dioxide clathrate hydrate and sodium Chloride: Implications for zero liquid discharge seawater desalination

  Akari Gibo, Seiya Nakao, Ryo Ohmura, Keita Yasuda

  Journal of Industrial and Engineering Chemistry ( Elsevier )  147   512 - 521   2025年07月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  The eutectic temperature, pressure, and concentration conditions of carbon dioxide clathrate hydrate and sodium chloride dihydrate were measured to advance clathrate hydrate-based seawater desalination and salt production technology that enables seawater desalination through zero liquid discharge. The measured eutectic conditions were within the temperature range of 256.2 K ≤ Teu ≤ 263.5 K, the pressure range of 0.91 MPa ≤ peu ≤ 2.70 MPa, and the concentration range, expressed as the mass fraction of sodium chloride, of 0.235 ≤ wm,eu ≤ 0.242. These eutectic conditions correspond to the four-phase equilibrium of a saturated sodium chloride aqueous solution, carbon dioxide clathrate hydrate, carbon dioxide gas, and sodium chloride dihydrate, as well as the five-phase equilibrium of a saturated sodium chloride aqueous solution, carbon dioxide clathrate hydrate, carbon dioxide gas, liquid carbon dioxide, and sodium chloride dihydrate. Based on the measured eutectic conditions, implications for implementing clathrate hydrate-based seawater desalination and salt production were presented, including a conceptual design for a methodology involving reverse osmosis, multi-stage clathrate hydrate-based seawater desalination, and clathrate hydrate-based seawater desalination and salt production.

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• Thermophysical Properties of Clathrate Hydrates with Various Guests for Novel Technologies: A Review

  Keita Yasuda, Ryo Ohmura

  International Journal of Thermophysics ( Springer Nature )  45   139   2024年10月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Thermophysical properties relevant to clathrate hydrate-based technologies were reviewed. Clathrate hydrates are solids composed of water and guests. The clathrate hydrate-based technologies considered in this study were as follows: carbon capture, utilization, and sequestration; natural gas storage and transportation; ozone storage and transportation; carbon dioxide clathrate hydrate as food; desalination and salt production; separation of tritiated water; cold thermal energy storage; and heat pumps and heat engines. The review was based on the experimentally measured data. The reviewed thermophysical properties were phase equilibrium conditions, formation/decomposition enthalpy, heat capacity, thermal conductivity, interfacial tension, and density. The phase equilibrium conditions determine the operating conditions for the clathrate hydrate-based technologies. The formation/decomposition enthalpy, heat capacity, and thermal conductivity relate to the thermal energy exchange during hydrate formation/decomposition. The interfacial tension is a key parameter when considering the multiphase flow composed of water and guests. The density influences the behavior of clathrate hydrates within the reactor. The relevance between these properties and the clathrate hydrate-based technologies was discussed. The methods correlating the phase equilibrium conditions were also compared in terms of applicability and usefulness. It was revealed that the suitability of the model, which is based on the Clausius–Clapeyron equation or statistical thermodynamic modeling, depends on the purpose of the correlation. Future perspectives of the thermophysical properties of clathrate hydrates were also discussed.

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MISC（その他業績・査読無し論文等） 【 表示 ／ 非表示 】

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• 学生が設計した実験を教員が実施する新しい教育手法

  安田 啓太, 齋藤 桃夏

  日本機械学会 2025年度年次大会     2025年09月  [査読有り]

   

• クラスレートハイドレートを用いたリチウム水溶液濃縮技術の開発：リチウム濃縮の実験的検証

  大石 愛仁, 恒川 隼, 川下 宜郎, 久保田 浩, 安田 啓太

  第62回日本伝熱シンポジウム     2025年05月  [査読有り]

   

• バッチ式容器によるクラスレートハイドレートによるリチウム濃縮の検証

  恒川 隼, 大石 愛仁, 川下 宜郎, 久保田 浩, 安田 啓太

  第62回日本伝熱シンポジウム     2025年05月  [査読有り]

   

• 二酸化炭素クラスレートハイドレート生成系の相平衡条件測定：リチウム水溶液濃縮技術の検討

  鈴木 秀弥, 長嶺 圭恭, 川下 宜郎, 久保田 浩, 安田 啓太

  第62回日本伝熱シンポジウム     2025年05月  [査読有り]

   

• ミストを用いたサーバールームの高効率冷却

  瀬名波 出, 寺西 碧人, 安田 啓太

  クリーンテクノロジー ( 日本工業出版 )  35   2025年05月

   

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特許等知的財産 【 表示 ／ 非表示 】

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• 蒸発潜熱を利用した冷却装置、ミスト噴霧量制御方法及び制御プログラム

  特願 2023-186272  (2023年10月31日)

  特許 第7529315号  (2024年07月29日)

  寺西　碧人，安田　啓太，瀬名波　出，松田　昇一

• 海水淡水化装置

  特願 2021-043439  (2021年03月17日)

  特許 第7627152号  (2025年01月28日)

  安田　啓太，津金　佳汰，大村　亮，矢島　知美，中村　至高，秋吉　亮，吉村　逸人，中村　亮，戸村　重男

• 海水淡水化装置

  特願 2021-043440  (2021年03月17日)

  特許 第7627153号  (2025年01月28日)

  安田　啓太，宜保　あかり，大村　亮，矢島　知美，中村　至高，秋吉　亮，吉村　逸人，中村　亮，戸村　重男

科研費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• ハイドレート法による海水淡水化と製塩および石膏回収のゼロ・エミッション技術

  基盤研究(C)

  課題番号: 22K03948

  研究期間: 2022年04月  -  2025年03月 

  代表者: 安田　啓太 

  直接経費: 3,300,000（円）  間接経費: 990,000（円）  金額合計: 4,290,000（円）

• クラスレートハイドレート法による海水淡水化/製塩ハイブリッドシステムの開発

  若手研究

  課題番号: 19K14911

  研究期間: 2019年04月  -  2021年03月 

  代表者: 安田　啓太 

  直接経費: 3,300,000（円）  間接経費: 990,000（円）  金額合計: 4,290,000（円）

• クラスレートハイドレート法による海水淡水化技術の開発

  若手研究(B)

  課題番号: 17K14604

  研究期間: 2017年04月  -  2019年03月 

  代表者: 安田　啓太 

  直接経費: 3,300,000（円）  間接経費: 990,000（円）  金額合計: 4,290,000（円）

• 氷点下温度域におけるクラスレート水和物　－相平衡条件測定と結晶構造解析ー

  特別研究員奨励費

  課題番号: 10J03623

  研究期間: 2010年04月  -  2012年03月 

  代表者: 安田　啓太 

  直接経費: 1,400,000（円）  間接経費: 0（円）  金額合計: 1,400,000（円）

共同研究実施実績 【 表示 ／ 非表示 】

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• 早暁プログラム ステージ2

  研究期間: 2025年09月  -  2026年03月 

  代表者: 瀬名波 出  資金配分機関: 大学発新産業創出基金事業（基金）

  直接経費: 5,000,000（円）  間接経費: 1,500,000（円）  金額合計: 6,500,000（円）

• 企業との共同研究

  研究期間: 2025年09月  -  2026年03月 

  代表者: 安田 啓太 

  直接経費: 1,800,000（円）  間接経費: 400,000（円）  金額合計: 2,200,000（円）

• 海水からのリチウム回収

  研究期間: 2025年06月  -  2026年02月 

  代表者: 安田 啓太  資金配分機関: 沖縄県

  直接経費: 4,400,700（円）  間接経費: 399,300（円）  金額合計: 4,800,000（円）

• 海洋温度差発電に関連するクラスレートハイドレート生成系の相平衡条件

  研究期間: 2025年04月  -  2026年03月 

  直接経費: 50,000（円）  間接経費: 0（円）  金額合計: 50,000（円）

• 企業との共同研究

  研究期間: 2024年05月  -  2025年03月 

  代表者: 安田 啓太 

  直接経費: 1,700,000（円）  間接経費: 500,000（円）  金額合計: 2,200,000（円）

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