CO2を外部電位のスイッチ1つで選択的に吸着・離脱できることを早大が理論的に解明

早稲田大学(早大)は11月21日、構造を制御した固体酸化物材料に外部から電位を与えることで、CO2をスイッチ1つで選択的に吸着および脱離させられることを理論的に明らかにしたと発表した。

同成果は、早大 理工学術院の関根泰教授を中心に、韓国・漢陽大学の研究者も参加した国際共同研究チームによるもの。詳細は、英国王立化学会が刊行する物理化学・化学物理学・生物物理化学を扱う学術誌「Physical Chemistry Chemical Physics」に掲載された。

CO2回収として欧米を中心に開発が進んでいるのが、回収能力を有する液体にCO2を吹き込んで吸収させるという、物理的あるいは化学的な吸収の手法だという。しかしこの手法の場合、吸収は比較的容易に行えるものの、放出の際は外部から加熱する必要があり、発電所排ガスのCO2回収の場合では、生み出した電力の1割以上のエネルギーを消費してしまうという課題があったという。

理想は、必要なときに必要なだけ固体材料にCO2を吸着させ、濃縮したものを外部制御で脱離・放出させるというものであることから、研究チームは今回、そのコンセプトのもと、構造を制御した固体酸化物材料に対し、外部から電位を与えることでCO2を選択的に吸着・脱離が可能かどうかについて、理論的なアプローチを行うことにしたという。

具体的には、希土類の酸化物に異種の元素をドープした材料を用いて、外部から直流の電位をプラスとマイナスのそれぞれで与えた場合の、CO2の吸着と脱離を詳細に解析することにしたとする。

その結果、セリウム酸化物に異種の金属を導入した材料を用いて、プラスの強い電位(電流は流さない)を与えた場合にCO2を選択的に吸着でき、マイナスの電位に切り替えるとCO2が脱離することが理論的に解明されたという。

この発見は、これまでの液体を用いたCO2回収とは異なり、乾式・小型でオンデマンド駆動が可能なCO2回収・濃縮プロセスを実現できる可能性を示すものだとしており、このようにして得られたCO2を再生可能エネルギーなどと組み合わせて再利用あるいは固定化すれば、化石資源消費を削減した社会の実現に一歩近づくことができると研究チームでは説明している。

なお、今回は理論的な検討であるため、今後は、実際に同材料を用いたCO2のオンデマンド回収装置を稼働させて、従来に比して低いエネルギーで回収・濃縮が可能なことを実証していくことを考えているとしている。