地球温暖化の脅威は依然として存在し、人類社会と生態系の両方を危険にさらしています。二酸化炭素は、気候変動を引き起こす温室効果ガスの主な発生源です。これに対抗し、カーボン ニュートラルを実現するために、研究者はカーボン フットプリントに対抗する電気還元システムを開発しました。この装置は、CO2 を工業用途のエチレンに効果的に変換します。
香港理工大学（PolyU）の研究者らは、二酸化炭素（CO2）の電気還元において、長寿命で極めて高度な知能とエネルギー効率を備えたシステムを開発しました。このシステムは、CO2を工業用途向けのエチレンに効率的に変換することができ、CO2排出量削減のための強力な解決策となります。PolyUのこのプロジェクトは、オックスフォード大学、台湾国立シンクロトロン放射光研究センター、江蘇大学の研究者らが集結した、注目すべき共同研究として際立っています。
ダニエル・ラウ教授の指導の下、研究チームは電気触媒によるCO2削減アプローチを開始しました。ラウ教授はナノ材料の著名な専門家であり、応用物理学科長でもあります。持続可能な電力を利用することで、二酸化炭素をエチレンに効果的に変換できます。これにより、エチレン生産のためのはるかに環境に優しく安定した方法が提供されます。この技術は、量産に向けてほぼ準備が整っています。カーボンループを閉じてカーボンニュートラルを実現することで、業界に革命を起こす可能性があります。
「製品選択性を向上させるためのさらなる改良に取り組み、業界との連携機会を模索していきます。このAPMAセル設計は、エチレンをはじめとする貴重な化学物質の環境に優しい生産への移行を支えるものであり、炭素排出量の削減とカーボンニュートラルの目標達成に貢献できることは明らかです」とダニエル・ラウ教授は述べた。
エチレン（C2H4）は世界中で非常に需要の高い化学物質であり、主にポリエチレンなどのポリマーの製造に用いられています。これらのポリマーは、私たちの日常生活に欠かせない数多くのプラスチック製品や化学繊維製品の基礎となっています。しかし、エチレンは主に石油化学製品から作られるため、製造時に大きな二酸化炭素排出量を伴います。
プロセスについて
ラウ教授の革新的なアプローチは、純水を金属を含まない陽極液として利用することで、アルカリ金属電解質の必要性を排除します。これにより、炭酸塩の生成や塩の析出も防止されます。APMAシステムは以下の要素で構成されています。
- 陰イオン交換膜（AEM）
- プロトン交換膜（PEM）
- 結果として得られる膜アセンブリ（MA）
アルカリ金属を含まない、APMAと銅電極触媒からなるセルスタックの開発に成功し、50%という驚異的な特異性でエチレンを生産することができた。さらに、 10Aの工業レベルの電流で1,000時間以上の優れた動作寿命を示し、既存システムと比較して大幅な進歩を遂げ、工業規模へのスムーズな拡張を可能にした。
研究者たちは、二酸化炭素排出量を削減するための非常に効率的な戦闘用電気還元システムを開発しました。このシステムには、特殊な電気触媒という重要な要素が含まれています。銅は化学産業において様々な反応を触媒する能力で知られています。しかし、研究チームが使用した触媒は、いくつかの注目すべき特性を備えています。
無数のナノスケールの銅球は、階段、積層欠陥、粒界からなる複雑なテクスチャ表面を持っています。これらの欠陥は、理想的な金属構造とは対照的に、反応が活発に進行するのに有利な環境を作り出します。
その他の実績
追加試験の結果、炭酸塩および塩の生成抑制が効果的に達成されたことが明らかになった。さらに、CO2および電解質はいずれもプロセス中に失われなかった。これは、従来のプロセスでは、アルカリ金属イオンが陽極液から拡散することで一部の電解質が失われていたため重要である。これは、従来のプロセスではAPMAではなくバイポーラ膜を使用していたためである。さらに、水素生成がエチレン生成を圧倒するという問題も大幅に軽減された。これは、酸性陰極環境で稼働する従来のシステムに大きな影響を与えていた問題であった。
研究者らは二酸化炭素排出量を削減するための電気還元システムを開発したため、大規模な生産がまもなく開始される予定だ。研究者らによると、これにより産業からの排出をより効果的に抑制できるという。
