水素還元プロセスにおける反応挙動と構造変化の制御
水素を用いた還元製鉄は、脱炭素社会に向けた有力な製鉄プロセスとして注目されています。一方で、水素還元では、従来の CO 還元とは異なる反応速度、相変化、構造発達が生じ、粉化やクラスタリングといった新たな操業課題が顕在化します。水素還元プロセスを成立させるためには、固体状態で進行する還元反応そのものを正確に理解し、反応挙動を制御するための基礎的知見が不可欠です。
大野研究室では、マイクロ波加熱をはじめとする新しいエネルギー付与手法を活用し、水素雰囲気下における鉄鉱石還元反応を、反応速度論と物質移動の両面から解析しています。TDLAS などのその場計測手法を用いた反応進行の定量評価に加え、形状変化・収縮挙動・粉化挙動を実験的に捉えることで、水素還元特有の反応メカニズムと不安定化要因の整理・理解を目指しています。
Research Focus（研究の主眼）
- マイクロ波加熱を利用した水素還元反応の反応促進・制御メカニズムの解明
- 水素還元下における反応速度・物質移動・構造変化の定量評価
- 粉化・膨張・クラスタリングといった水素還元特有の課題発生機構の整理
- 将来の水素製鉄プロセスを見据えた基礎反応モデル・評価指針の構築
Representative Research Topics（研究テーマ例）
- マイクロ波加熱下における鉄鉱石水素還元反応の速度論的解析
- 水素還元中の収縮・膨張挙動と粉化発生メカニズムの評価
- TDLAS を用いた水素還元反応のその場ガス分析と反応追跡
- 加熱方式の違いが水素還元挙動に及ぼす影響の比較検討
Related Publications（関連論文・研究成果）
- Preface to the Special Issue on Hydrogen-enriched Ironmaking
ISIJ International, 65(2025), No.6, pp.717–718 - Effect of FeO concentration in sinter iron ore on reduction behavior in a hydrogen-enriched blast furnace
nt. J. Miner. Metall. Mater., 29(2022), pp. 1820-1829 - Effect of sulfur on hydrogen-reduction behavior of iron oxide during microwave heating
Minerals Engineering, 148(2020), Article No.106198
※ 水素還元・マイクロ波加熱に関連する代表的な論文を抜粋しています。
その他の研究成果は Publications / Achievements に掲載しています。
Student Involvement（学生の関わり方）
学部4年生から大学院生までが、水素還元実験、マイクロ波加熱試験、その場ガス分析、形状・構造評価に段階的に取り組みます。実験条件の設計からデータ解析・考察までを一貫して経験し、「水素還元反応を定量的に捉え、制御する力」を養います。水素製鉄に関心を持つ企業との共同研究テーマに発展する例もあり、基礎研究と将来プロセスをつなぐ視点を身につけることができます。
このテーマに興味を持った学生はJoin Ohno LABもぜひ見てください。
