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CO2電気分解の未来：廃ガスを有用な化学物質に変換する方法
地球規模の気候変動という課題に直面して、科学界は産業活動によって排出される二酸化炭素（CO2）排出量を削減するためのさまざまな革新的技術を模索しています。二酸化炭素電解還元（CO2RR）は、電気を使用して CO2 をさまざまな有用な化学物質に変換することを目的とした新興技術であり、炭素回収および利用（CCU）の重要な要素となる可能性のあるプロセスです。
最新の研究によると、CO2RRはギ酸（HCOO-）、一酸化炭素（CO）、メタン（CH4）、エチレン（C2H4）、エタノール（C2H5OH）などの化合物を生成するだけでなく、企業にほぼカーボンニュートラルで一致するパス。この技術の開発は、シーメンス、ダイオキサイドマテリアルズ、トゥエルブ、GIGKarasekなど多くの企業の注目を集め、2021年にパイロット段階に入りました。
「主な課題は、電気代が比較的高いことと、CO2が酸素と混ざることが多く、還元前に精製する必要があることです。」
二酸化炭素の電解還元の歴史は、亜鉛陰極を使用して CO2 を一酸化炭素に還元した 19 世紀にまで遡ります。しかし、1970 年代の石油禁輸の影響により、1980 年代には研究が加速しました。空気から直接 CO2 を捕捉したり、強塩基とアミンベースの吸収剤を使用して CO2 を抽出し、比較的低いエネルギー消費で還元プロセスを実行したりできる、いくつかの高度な電解システムが開発中です。
このプロセスでは、触媒の選択が非常に重要です。異なる金属触媒は、異なる製品を生成するための異なる選択性を持っています。たとえば、銅触媒はメタン、エチレン、エタノールなどのさまざまな還元生成物を生成できますが、スズやビスマスなどの他の触媒はギ酸を生成するのに適しています。産業界では、尿素やメタノールなどの化学物質がすでに二酸化炭素を原料として生産されています。
CO2から化学物質を抽出する可能性「触媒の組成は電解質の性能にとって非常に重要であり、ガス拡散電極は生産性向上の鍵となると考えられています。」
光合成の際、植物は二酸化炭素を糖に変換することができ、糖は多くの生合成経路の原料となります。しかし、産業への導入にはまだ課題が残っています。現在、多くの電解還元ベースの技術、特に室温で動作する電解セルはまだ商業化されておらず、さらなる技術的進歩が必要です。代わりに、固体酸化物電解装置 (SOEC) は、高温で CO2 を CO に効率的に変換することができ、市販されています。
電気分解還元技術の魅力は、再生可能エネルギーと組み合わせて炭素排出量を削減し、持続可能な開発の達成に貢献できることにあります。一部の技術は常温で稼働できるため、従来の化学プラントよりも拡張や調整が容易です。現在、二酸化炭素の電解還元の最終目標は、二酸化炭素をエチレンやその誘導体などのより価値の高い化学物質に変換することです。
「適切な触媒を製造し、反応条件を制御することが、CO2の電解還元技術の応用を進める鍵となるでしょう。」
二酸化炭素の電解還元には依然として一定の技術的課題が残っていますが、将来の発展の可能性を無視することはできません。再生可能エネルギーとカーボンニュートラル目標への注目が高まるにつれて、より多くの企業がこの技術の可能性を探求し始めると予想され、近い将来、この技術を使用してより多くの製品が工業的に生産されることが期待されます。
このような流れの中で、二酸化炭素の電解還元が将来的に持続可能な化学品生産の中核技術となるよう、私たちはどのように積極的に参加し、推進していくべきでしょうか。
