CO2吸収材料の開発とそれを利用した回収プロセスの設計

第1部 二酸化炭素の吸収材の開発とその応用分野について

(2023年8月22日 10:00〜11:30)

　近年、環境問題の1つである地球温暖化の原因の1つとされる二酸化炭素 (CO2) の吸収・分離・回収がクローズアップされる時期がありますが、場合によってはクローズアップされない時期もあります。クローズアップされている時のCO2の吸収・分離・回収技術の中で、CO2吸収材は固体、液体、膜系という形態を問わず注目されてきました。これは、多少ブームに依存しているのかもしれません。この変動は、地球温暖化の本当の原因がCO2なのか否かについては、まだ明かな結論が出ていない事実に依存している様に思えます。 　本講座では、まず、ブームであるか否かにかかわらず、CO2の吸収・分離・回収と貯蔵 (CCS) について解説します。これまで研究されてきた固体、液体、膜系を含むCO2吸収材の一般論からスタートし、それら吸収材の利点や欠点を指摘していきます。その後、欠点を改善するための新機能をもつCO2吸収材の構造と予想される性能及び、応用が期待される分野について述べます。最後に、CO2吸収・分離・回収と貯蔵に関する近未来的な展望について少し考察します。

1. はじめに
   1. 地球温暖化と温室効果ガス
   2. 二酸化炭素 (CO2) 排出量の増加と地球温暖化の相関
   3. もしも、第一の温室効果ガスがCO2であるとするならば
2. 種々のCO2回収・除去の方法
3. 吸収分離法に用いられるCO2吸収材
4. リチウム複合酸化物系CO2吸収材の作製方法と吸収特性
5. 自己発熱型CO2コンポジット
6. 多量に排出されるCO2の吸収・分離・回収・貯蔵と今後のゆく
• 質疑応答

第2部 CO2分離回収の省エネルギー化を目指した固体回収材料の開発

(2023年8月22日 12:10〜13:40)

　CCS材料および回収方法して、これまで有望とされてきたアミン溶液を用いた吸収法やゼオライトなどを用いた物理吸着法における課題を整理し、それら課題を克服するための材料として炭酸カリウムや炭酸ナトリウムの性質について述べ、それらの課題についても整理し、それに対する改良法について研究成果を紹介する。さらに最近得られてきた大気からの直接CO2回収 (DAC) の結果についても報告する予定である。

1. CCS材料の現状と課題
   1. 吸着 (物理吸着、化学吸着) 、吸収、吸蔵について
   2. アミン溶液法の現状と課題
   3. 物理吸着法の現状と課題
2. 湿潤下における炭酸カリウム (K2CO3) による二酸化炭素回収
   1. 平衡論的解析
   2. 速度論的解析
   3. 大気からの直接CO2回収 (DAC)
3. 湿潤下における炭酸ナトリウム (Na2CO3) による二酸化炭素回収
   1. 平衡論的解析
   2. 速度論的解析
   3. DAC
4. 湿潤下におけるK2CO3およびNa2CO3による二酸化炭素回収における問題点と改良法
   1. 現状における問題点
   2. 改良法
      1. ナノ粒子化による反応活性化
      2. 異原子導入による構造不安定化
5. 工業的利用における特徴
   1. K2CO3を用いたCO2回収システム例
   2. その他の工業的利用の可能性
• 質疑応答

第3部 相分離型ゲルを利用したCO2吸収・放散システム

(2023年8月22日 13:50〜15:20)

　CO2の回収・利用技術は、持続的社会の構築、ならびにカーボンニュートラルの実現に向けて、必要不可欠となります.CO2の回収技術として主流であるガス吸収プロセスでは、吸収後の放散工程における消費エネルギーの低減が課題であります。 　本講演では、相分離型吸収液をゲル化した吸収材に着目し、吸収材成分の選定、CO2の物質移動解析、CO2の吸収・放散挙動について紹介します。

1. CO2回収・利用技術における相分離型吸収システム
2. 相分離を生じるCO2吸収液
   1. CO2吸収における相分離
   2. 相分離型吸収液の成分探索
3. 相分離型ゲルを用いたCO2吸収・放散
   1. 相分離型ゲルに対するCO2の物質移動
   2. 相分離型ゲルを用いたCO2吸収・拡散挙動
4. まとめと今後の展望
• 質疑応答

第4部 イオン液体や深共晶溶媒を用いたCO2化学吸収液

　イオン液体はカチオンとアニオンのみで構成される液体であり、機能性残基で修飾したイオン液体はtask-specificイオン液体と呼ばれている。アミノ基などをもつtask-specificイオン液体はCO2に対して化学吸収性を発現することが知られており、国内外において、CO2化学吸収性を有するtask-specificイオン液体が多数報告されている。 　本講演では、task-specificイオン液体について、合成やCO2化学吸収の事例を分子デザインの視点から紹介する。また、近年、水素結合受容体と水素結合供与体から得られる深共晶溶媒が新たな環境低負荷型溶媒として注目されており、国外ではCO2化学吸収性を有する深共晶溶媒がいくつか報告されている。そこで、深共晶溶媒についても、調製やCO2化学吸収の事例を紹介し、最後に、CO2化学吸収液としてのイオン液体や深共晶溶媒の課題を示す予定である。

1. イオン液体
   1. 一般的性質
   2. イオンの基本構造と機能性残基
   3. 合成法
   4. CO2化学吸収の事例
      1. カチオンによるCO2吸収
      2. アニオンによるCO2吸収
      3. カチオンとアニオンの協働によるCO2吸収
2. 深共晶溶媒
   1. 一般的性質
   2. 水素結合分子と機能性残基
   3. 調製法
   4. CO2化学吸収の事例
      1. 水素結合受容体によるCO2吸収
      2. 水素結合供与体によるCO2吸収
3. 課題と展望
• 質疑応答