本論文では，25,000 Paという減圧条件において化学気相蒸着法（CVD）を用い，SiO₂固体膜の成長速度分布を実験的および数値的に調査を行った。粒子生成を考慮しない場合の見かけの表面反応における活性化エネルギーは335 kJ/molであった。また，物質移動が見かけの表面反応律速と想定される，最大成長速度よりも上流側では，全ての実験条件において，数値解析によりCVDによる成長速度の実験結果を再現することができた。一方で，物質移動が拡散律速と想定される，最大成膜速度以降の領域では，数値解析結果によりCVDによる成長速度の実験結果を再現することができない部分があった。SEM観察による画像からは，本論文のCVDにおける物質移動には表面反応だけでなく粒子生成も含まれる可能性が考えられた。また，粒子生成の影響から，拡散係数が見かけの係数となる可能性があることも示唆された。今後，メンブレンフィルターを用いた粒子生成速度を推定し，さらに表面反応だけでなく粒子生成を考慮した数値計算を行い，成長速度分布を再現できるモデル化が可能となると考えられる。

水素は，地球温暖化の緩和に有望な二次エネルギーであり，特にバイオマス原料による水素製造は，原料のカーボンニュートラルという性質から，温室効果ガス排出の削減に貢献する。バイオマス原料からの水素変換技術のうち，固気反応を伴う間接熱分解プロセスでは，球状のヒートキャリア（以下，HC）と呼ばれる熱媒体（Al₃O₂）が予熱炉と熱分解炉間を循環し，原料とHC間の効率的な熱伝達により分解を促進させることが重要となる。本研究においては，研究開発が実施されている小規模な間接熱分解プロセスにおいて，予熱炉での排ガス顕熱によるHCへの動的な熱交換の検証をCFD（Computational Fluid Dynamics）モデルにより行った。ここでは，連続的な原料の熱分解を実現するための予熱炉でのHCの滞留時間及び加熱温度を設定し，それらの条件を満たすための高温排ガスの流入と加熱状況を検証した。 特に，温度864℃では，定常的な熱バランスから求められたガス顕熱の1.3倍を供給して熱伝達が行われ，予熱器の熱伝達効率はη=33%であることが分かった。

近年，我が国をはじめ，家庭用定置型燃料電池システムがその省エネルギー性や環境性から普及しつつある。このような状況に伴い国際電気標準会議技術委員会105分科会14（IEC/TC105/WG14）において，ライフサイクルアセスメント（LCA）手法による定置用燃料電池システムの環境影響評価手法が提案され技術仕様書が発行された。本研究では，このIEC/TC105/WG14にて提案された技術仕様書に基づき，現在，我が国で主に導入されている出力700 Wの固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステム（PEFC-CGS）について環境影響評価を実施した。評価は技術仕様書に基づき，運転性能だけでなく，環境影響指標の１つである非生物資源枯渇（ADP）による機器の差別化の可能性を，運転性能と環境性の相互関係を考慮しつつ定量的に検討することが主な目的である。この結果，回路基板に含まれる金（Au）やセルスタックに含まれる白金（Pt）等の希少金属の使用量，及び水素製造パスの違いを考慮した環境負荷の要因が明らかになった。また，これらの金属使用量と運転性能との相互関係を明らかにし，セルの電極製造法に起因するセル性能の差異を反映させた環境影響評価を行った。その結果，同じ運転性能の下，多層構造の触媒層を用いた電極はPEFC-CGS製造時のADPにおいて6％～12％の低減が見出され，運転性能との相互関係に基づき製造手法による差別化が図れることが示唆された。

This research studied dehydration of sorbitol in aqueous solution to isosorbide over heterogeneous catalysts (Amberlyst-15, Purolite CT269, and H-beta) and a homogeneous catalyst (sulfuric acid). The dehydration of sorbitol was carried out in a high-pressure reactor under a nitrogen gas atmosphere at a fixed initial pressure of 2 MPa. It was found that the Purolite CT269 catalyst gave the highest sorbitol conversion of 100% and an isosorbide selectivity of 42% after 6 h at 453 K. The results showed that an increase in the reaction temperature gave rise to sorbitol conversion. However, the solid - compound was formed during the reaction at high temperature by polymerization of the product. The high acidity could catalyze the dehydration process; however, strong acid such as sulfuric acid gave low selectivity to isosorbide. Thus, the acidity of the catalyst plays a vital role in catalytic performance for the sorbitol dehydration to isosorbide.

Solid fly ash waste from the sugar industry was treated by HCl and then carbonized under N2 at 900 °C for 1 h. The resulting carbon was used as an adsorbent for the removal of colored dyes from wastewater generated in the silk dyeing process. The untreated fly ash and commercial activated carbon were also used as adsorbents for comparison. Porous properties of all adsorbents were characterized by nitrogen adsorption/desorption at 77 K. The kinetics and equilibrium data were obtained from batch experiments with varying adsorption times (1–12 h) and initial concentrations (50–1,000 mg/L) of conventional commercial dye in wastewater, Dark Red 34. The adsorption isotherms and kinetics were studied for all three samples. The adsorption kinetics were analyzed using pseudofirst order, pseudo-second order and intra-particles diffusion models. The adsorption equilibrium data was analyzed by using Langmuir and Freundlich models. Results showed that the surface area of the treated fly ash increased from 26 to 239 m²/g after acid and carbonization treatments. Equilibrium adsorption was reached in 4 h for all samples. The experimental data indicated that the adsorption kinetics were well described by the pseudo-second order model. While isotherms fitted well with the Langmuir equation. The maximum adsorption capacities for the dye removal were 1258, 1156 and 666 mg/g for treated fly ash, activated carbon and untreated fly ash, respectively. Therefore, treated fly ash from the sugar industry shows its high potential as an adsorbent for the color removal of wastewater from silk dyeing process.

A solid waste is generated in the production of biodiesel from the leaves of the Dipterocarpus alatus tree. This waste was hydrolyzed by oleaginous yeast and was employed as the precursor for preparing activated carbon by chemical activation. This work investigated the effect of types of chemical agent i.e. acid (H₃PO₄ and HNO₃), base (KOH and NaOH) and chloride (ZnCl₂ and FeCl₂) on the porous properties of the resulting activated carbons. The dry leaves prior to hydrolysis were also used for comparison. The experiment was conducted as an activator to a biomass impregnation ratio of 1:2 for 1 h, followed by carbonization at 500 °C for 1 h. The raw materials and activated carbons were analysed using proximate analysis and the porous properties by using nitrogen adsorptiondesorption isotherms and thermogravimetric analysis (TGA). According to proximate analysis, fixed carbon contents of 9.27 and 16.25 dry wt% were found for the hydrolyzed material and dry leaves, respectively. This indicated that both materials served as good precursors to produce carbons. The results of porous properties show that the maximum surface area of 456 m²/g was produced using ZnCl₂ activation. The prepared carbons from hydrolyzed leaves had surface areas comparable with carbons prepared from dry leaves for ZnCl₂, H₃PO₄, HNO₃ and NaOH activation. However, activation of hydrolyzed leaves with FeCl₂ and KOH gave activated carbons with a lower surface area than dry leaves. Moreover, Dipterocarpus alatus leaf activated carbons had a higher surface area than several other literature examples of activated carbons. Therefore, hydrolyzed Dipterocarpus alatus leaves are a good precursor for the preparation of economical activated carbon.

A simple method for synthesizing tannin foam (TF) from tannin resole (TR) was studied. Tannin was used as a substitute for phenol with a 10 wt% substitution ratio to form TR. The mixture of TR was dehydrated to get the TR with a solid content of 80% using a hot air oven. The dehydrated TR was used as an essential component for the formation of the TF. The functional groups, density, and compressive strength of the synthesized TF were tested by using an FTIR, ASTM D1622, and ASTM D1621, respectively. From the FTIR spectra, it was found that functional groups of TF were similar to phenol foam (PF). The addition of tannin increased the density and compressive strength of the TF. The density of tannin foam was 90.92 kg/m³, and the compressive strength of tannin foam was 0.25 MPa. Using tannin resole to make synthesized tannin foam proved to be a simpler method in dehydrating resole by hot air oven as compared with the conventional method. Moreover, the thermal performance of the TF was performed, and it was found that the TF showed a similar thermal performance to the PF.

The higher biodiesel content blended into diesel fuel gives the lower calorific value that may affect the fuel economy. To determine the effect of using 30% biodiesel mixed in diesel fuel (B30) compared to B20, especially on fuel economy in automotive vehicles, a road test was conducted using 4 brands of passenger vehicles for 50,000 km. The daily route of this road test consisted of 10.6% of general road, 49.9% of climbing-downhill road, and 39.5 % of highway road, which covers a distance of 560 km per day. The method used in this study for fuel economy analysis is the full-to-full method, by comparing the fuel consumption of B30 and B20 in two vehicles in each brand (8 cars in total). Based on the test results, statistically, in testing the fuel economy with full to full method, population of data used has been normally distributed and homogeneous. In Passenger1 and Passenger4 vehicles, the average fuel economy value of B30 is 6.7% and 3.7% higher than the B20’s, while in vehicles Passenger2 and Passenger3, the average fuel economy value of B20 is 1.5% and 3.9% higher than those of B30. In addition, the results of the one way ANOVA test on data of passenger vehicles B20 and B30 shows p–value <0.05, which states the average value of fuel economy in each passenger vehicle is different based on statistical analysis. However, based on the difference of engine technology, the fuel consumption of B30 and B20 does not have a significant difference.

ガス化炉に発生するクリンカの特徴ならびにその生成挙動の解明について，原料のスギ材およびガス化炉から採取したクリンカ試料の分析を行い，ガス化炉内におけるクリンカ生成挙動を検討した。その結果，ガス化炉で発生するクリンカはLime，CaCO₃，K₂CO₃，KAlO₂，Larniteなどの化合物で，CaCO₃-K₂CO₃系の融液が無機物を取り込んで成長した塊であることを明らかにした。原料として使用したスギ材の酸化雰囲気での灰の軟化点（DT）は1300℃以上であったが，還元雰囲気（CO 60％－CO₂ 40％）では770℃前後であった。CO₂分圧の高いガス化雰囲気ではCaCO₃-K₂CO₃系の共晶により735℃から融液が発生し，これがクリンカ発生の主原因であることが明らかになった。 さらにこのDT温度域において，灰試料から気体の発生を伴う発泡現象が観察され，低粘度の融液も発生した。一方，ドイツで市販・流通しているペレットではクリンカトラブルが報告されていないが，その灰の酸化および還元雰囲気の灰のDTはいずれも1200℃以上であり，750～800℃の還元雰囲気での発泡現象は観察されなかった。

ガス化炉内のクリンカ抑制をするために，スギ材中の無機物の反応過程を基礎的観点から検討した。この結果，CaCO3相が安定なガス化炉のクリンカ生成においては，CaCO₃-K₂CO₃系の共晶関係が支配的因子であり，CaCO₃-K₂CO₃系の溶融を阻害する化合物として，無害で安価な酸化アルミニウム系添加剤を見いだした。Al₂O₃が共存するCaCO₃-K₂CO₃-Al₂O₃系において，CaCO₃-K₂CO₃系の融液はFairchildite，KAlO₂などの複合化合物に近い構造の化合物を移行することを確認した。これらの化合物の生成により，800℃付近の発泡を伴う融液の発生が抑えられ，DTは1300℃以上になることが確認された。大生黒潮発電所ならびに内子バイオマス発電所において，水酸化アルミニウム添加剤としてスギペレットを用いた燃料を用いることによって，それぞれの平均連続稼働時間が689時間および658時間となり，当初の発電事業計画値を満足する稼働率を実現した。