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温度-真空スイング吸着式直接空気回収における熱源適合性の限界：有限電力・伝熱・エクセルギー制約による低炭素熱統合

Thermal Source Compatibility Limits for Temperature-Vacuum Swing Adsorption Direct Air Capture: Finite Power, Heat Transfer, and Exergy Constraints for Low-Carbon Thermal Integration (原題)

Abdulkadir Ahmed Zubairu, Emadoddin Erfani Farsi Eidgah, Omodele A. A. Eletta, Xingchao Wang

Energies📚 査読済 / ジャーナル2026-10-20#CCUSOrigin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: power
DOI: 10.3390/en19204977
原典: https://doi.org/10.3390/en19204977

🤖 gxceed AI 要約

日本語

TVSA方式DACにおいて、再生壁温度を所与とする従来モデルを、温度・最大熱出力・伝導度で定義される有限熱源に置き換えた動的解析を提示。120〜160℃で熱源出力境界は約4.2〜4.3 kW/m³、伝導度境界は約135→48 W/m³Kへ低下し、両者は同時に満たせないことを示す。CO2当たり約14.23 MJ/kgの熱量と3.62〜4.60 MJ/kgのエクセルギーを要し、太陽熱・蓄熱・廃熱などの低炭素熱源スクリーニングに資する187点のプロセス包絡線を構築した。

English

Replaces a prescribed regeneration-wall temperature with a finite heat source (temperature, max thermal power, source-to-wall conductance) in TVSA direct air capture modeling. For the APDES contactor, source-power limits are ~4.2–4.3 kW/m³ over 120–160 °C while conductance limits fall from ~135 to 48 W/m³K, and these are not jointly sufficient. Near-equivalent performance needs ~14.23 MJ/kg CO2 of source heat with exergy rising 3.62→4.60 MJ/kg CO2, yielding a 187-point envelope for screening solar thermal, thermal storage, and waste heat integration.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

DACは日本のGX推進・カーボンニュートラル戦略で期待されるネガティブエミッション技術であり、本論文の熱源制約分析は国内の廃熱・再エネ熱活用や産業連携の実現可能性評価に直接資する。

In the global GX context

DAC is a key negative-emissions lever in global net-zero pathways and increasingly in carbon removal markets; this work sharpens how low-carbon heat sources (solar thermal, TES, waste heat) can be matched to DAC, informing MRV and integration feasibility for climate disclosure of removal credits.

👥 読者別の含意

🔬研究者:DACの熱統合モデリングにおいて、壁温度固定ではなく有限熱源・エクセルギー制約を組み込む必要性を示す定量的枠組みを提供する。

🏢実務担当者:DAC設備の熱源調達（廃熱・太陽熱・蓄熱）を検討する際、温度・出力・伝導度の同時制約を事前スクリーニングできる。

🏛政策担当者:DAC支援策やネガティブエミッション政策設計で、熱源インフラ要件とエネルギー効率の現実的限界を踏まえた目標設定に有用。

📄 Abstract（原文）

Temperature-vacuum swing adsorption (TVSA) direct air capture (DAC) is often modelled with a prescribed regeneration-wall temperature, which does not identify the thermal source capability required to realise it. This study replaces that boundary with a finite heat source defined by temperature, maximum thermal power, and source-to-wall conductance, with desorption pressure treated as an interacting process variable. A dynamic wall balance distinguishes source heat, wall-to-bed transfer, wall sensible heating, and source-to-wall irreversibility. For the selected APDES contactor under the fixed reference cycle, a 120 °C wall temperature limit, nominally zero external regeneration heat loss, and a desorption pressure of 0.073 bar, the conditional source-power boundary is approximately 4.2–4.3 kWmbed−3 over 120–160 °C, while the conductance boundary decreases from approximately 135 to 48 W mbed−3K−1. These limits are not jointly sufficient: at 130 °C, the minimum feasible conductance decreases from approximately 247 to 82 W mbed−3 K−1 as the power density rises from approximately 4.2 to 8.4 kWmbed−3. Near-equivalent performance requires approximately 14.23 MJ kg−1 CO2 of source heat, while thermal exergy increases from 3.62 to 4.60 MJ kg−1 CO2 between 120 and 160 °C. The resulting 187-point process envelope supports the screening of solar thermal, thermal energy storage, waste heat, and other low-carbon heat supplies for DAC integration.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。