MITの化学エンジニアたちは、工場からの排出物をより安価かつ容易に回収できる低熱炭素回収法を開発した。この手法では、一般的な化学添加剤を用いて効率を高め、廃熱や太陽光を利用して稼働させる。
MITの化学エンジニアチームが、既存の炭素回収技術にちょっとした工夫を加えた技術を発表した。これにより、工場が気候温暖化の原因となる排出物を回収することがはるかに安価かつ容易になる可能性がある。
研究者たちは、標準的な回収溶液に一般的な実験室用化学物質を添加することで、室温でより多くの二酸化炭素を吸収し、わずかな熱で放出できることを発見しました。この低温ステップが鍵となります。なぜなら、この低温ステップにより、余分な燃料を燃やす代わりに、工場の廃熱や太陽エネルギーさえも利用した二酸化炭素回収システムを稼働させることが可能になるからです。
現在、二酸化炭素回収・貯留（CO2回収・貯留）は世界の排出量削減のごく一部を占めるに過ぎません。しかし、セメント、鉄鋼、肥料、石油化学といった脱炭素化が難しい産業からの汚染を大幅に削減できる数少ない手段の一つとして広く認識されています。
MIT の新しいアプローチは、最大の障壁であるコストに真っ向から取り組んでいます。
従来のシステムでは、通常、アミンと呼ばれる化学物質が使用され、排気ガスから二酸化炭素を吸着します。溶液が飽和状態になると、純粋な二酸化炭素を放出し、溶媒を再生するために、120℃（約248℉）以上に加熱する必要があります。この高温処理は、非常に多くのエネルギーを消費し、コストも高くなります。
MITチームは代わりに、安価で広く入手可能であり、酸性二酸化炭素を捕捉できる炭酸塩溶液に注目しました。彼らの課題は、二酸化炭素がこれらの溶液に溶解するとpH値、つまり酸性度が急速に低下し、吸収できるガス量が大幅に制限されることでした。
これを回避するため、研究者らはトリス（トリスヒドロキシメチルアミノメタンの略）と呼ばれる化合物を添加しました。トリスは既に実験室実験、一部の化粧品、COVID-19 mRNAワクチンに使用されています。トリスはpH緩衝剤として作用し、溶液の酸性度変化を防ぎます。
炭酸塩混合物では、正に帯電したトリスが、二酸化炭素の吸収時に形成される負に帯電した重炭酸イオンとバランスをとります。これによりpHが安定し、溶液は炭酸塩単独の場合の約3倍の二酸化炭素を吸収できるようになります。
同じ添加剤により、二酸化炭素を排出するのもずっと簡単になります。
トリスは温度に非常に敏感です。炭素を含んだ溶液を摂氏約60度（華氏140度）まで加熱するだけで、トリスは急速にプロトンを放出し、pHが低下し、捕捉された二酸化炭素が濃縮ガス流として泡立ちます。
「室温では、溶液はより多くのCOを吸収することができます2軽く加熱するとCO2「溶液を少し加熱すると、pHが即座に変化します」と、MITの元ポスドク研究員で、現在はノースカロライナ大学チャペルヒル校の応用物理科学助教授を務める筆頭著者のYouhong Guo（ナンシー・グオ）氏は、ニュースリリースで述べた。
この比較的低い再生温度は、従来のアミン系システムと比べて劇的な改善です。つまり、このプロセスは、専用の化石燃料バーナーの代わりに、現在多くの産業施設で廃棄されている低品位熱、あるいは電気や太陽熱エネルギーを動力源とすることができるのです。
このコンセプトが実際に機能することを示すために、研究チームは実際の産業システムの動作を模倣した連続フロー反応器を構築した。
この装置では、まず二酸化炭素を含む排ガスを、炭酸トリス溶液で満たされたリザーバーに通してガスを吸収させます。その後、この液体は再生モジュールに送り込まれ、約60℃に加熱されます。この加熱によってpHが変化し、純粋な二酸化炭素が放出されます。その後、冷却された溶液は最初のタンクに循環され、さらにガスを回収します。
このプロセスでは標準的なタイプの装置を使用し、ある溶液を別の溶液と交換するだけなので、既存の工場に後から導入するのは比較的簡単なはずだと研究者らは述べている。
「これは、かなり標準的なタイプの機器にほぼ即座に実装できるものです」と、MITのラルフ・ランドー化学工学実習教授で論文の主任著者であるT・アラン・ハットン氏は付け加えた。
ハットン氏は、この設計は実用的な改良を意図したものであり、工場の排出物処理方法の全面的見直しを意図したものではないと強調した。
「この製品の良い点の一つは、全体的なデザインがシンプルであることです。ドロップイン方式なので、簡単に別のソリューションに切り替えることができます」と彼は語った。
回収された二酸化炭素は、様々な方法で処理することができます。少量であれば、燃料、建築材料、化学物質などの有用な製品に転換することができます。しかし、ハットン氏は、この方法には限界があると指摘しました。
「回収したCOのほんの一部しか使えない2 市場が飽和する前に化学物質を生産する必要がある」と彼は語った。
そのため、大規模な産業から回収された二酸化炭素の大部分は圧縮され、地層深くに注入され、長期にわたって貯蔵できるようになると予想されています。
MITの研究は現実を変えるものではありませんが、最初のステップである排気ガスからの二酸化炭素分離を、はるかに安価で柔軟なものにする可能性があります。エネルギー需要の削減は、二酸化炭素回収システムが余分な燃料を燃焼させることで、それ自体の気候へのメリットを打ち消してしまうリスクも軽減します。
この最初の画期的な成果に続き、郭氏は現在、他の添加剤を加えることで溶液が二酸化炭素を吸収する速度をさらに速められるかどうか、また、特定の工場に必要な装置のサイズを縮小できる可能性があるかどうかを検討している。
リサーチ、 公表 この研究は、低炭素エネルギー技術の研究を支援するMIT-Eni研究フレームワークの下で実施され、Nature Chemical Engineering誌に掲載されました。
政府や産業界が気候目標の達成に競い合う中、今回のようなイノベーションは重要なテーマを浮き彫りにしている。それは、時には大きな利益は新しい珍しい機械からではなく、既存のシステムをよりクリーンかつ無駄なく機能させるスマートな化学から生まれるということだ。
出典： マサチューセッツ工科大学