CO2電解、CO2還元の高効率化に向けた触媒材料、装置開発と評価技術

第1部 CO2電解における主要要素技術の最新動向

(2026年7月24日 10:00〜12:00, 13:00〜14:00)

　高効率なCO2の資源化技術の開発は、炭素循環型社会の実現に向けて極めて重要である。なかでも、電気化学的CO2還元反応は、再生可能エネルギー由来の電力を利用できることに加え、常温常圧近傍で作動するクリーンなプロセスであることから、世界的に大きな注目を集めている。 　本セミナーでは、CO2電解を構成する主要要素技術である触媒、電極、電解槽を中心に、それぞれの最新動向と研究開発の方向性を体系的に解説する。あわせて、申請者らが近年得た研究成果も交えながら、各要素技術が性能や耐久性にどのように関わるかを具体的に示す。さらに、他のCO2資源化技術との比較や、CO2回収プロセスなどの周辺技術についても概説し、CO2資源化技術全体の現状と将来展望を俯瞰する。

1. はじめに
2. CO2の資源化技術
   1. サバティエ反応および逆水性ガスシフト反応
   2. 光触媒反応
   3. 電気化学的還元
3. CO2電解還元反応の概論
   1. 電気化学反応の基礎
   2. CO2電解還元反応の歴史
   3. CO2電解の世界的動向
4. CO2電解における要素技術
   1. 電極触媒
      1. 非銅系触媒
      2. 銅系触媒
      3. 単原子触媒
   2. ガス拡散電極
   3. 電解質
      1. アルカリ性および中性電解質
      2. 酸性電解質
      3. 有機電解質
      4. アイオノマー
   4. 電解槽
      1. フローセル
      2. 膜電極接合体 (MEA) セル
   5. CO2電解の評価手法
5. CO2電解還元に関する計算科学シミュレーション
   1. 第一原理計算
   2. 古典分子動力学および機械学習分子動力学
   3. 有限要素法シミュレーション
6. CO2の回収・分離技術
   1. 膜分離法
   2. アミン吸収法
   3. 電気化学的分離法
7. おわりに
• 質疑応答

第2部 金属錯体を基盤とした光化学的CO2還元触媒反応の機構的研究

(2026年7月24日 14:10〜15:10)

　地球環境保全と温暖化対策の観点から大気中のCO2ガスを資源とする再生エネルギー製造サイクルを達成することが昨今急務の課題となっている。環境保全の観点からは特に有機溶媒を用いない水溶液中で働く光触媒的CO2還元反応の開発が重要となる。しかし、水溶液中ではCO2還元反応が水素ガス生成反応と競合するため長年開発が遅れていた。そこで、本講義の講師らは水中での選択的CO2還元反応の開発に着目し、近年精力的に検討してきた。2019年には水中でのCO2還元によるCO生成選択性を80〜93%まで引き上げることに成功し、最近の研究では、CO生成ではなくギ酸生成選択性の向上にも成功している。 　本講義では、金属錯体が提供する反応場を錯体化学的視点から理解し、如何にして触媒活性点の反応性を制御し、CO2還元反応の選択性を制御することができるのかを解説する。

1. はじめに
   1. 廃プラスチックのケミカルリサイクルの意義
   2. プラスチック廃棄物のケミカルリサイクルの現状
      1. 欧米の動向
      2. 我が国の動向
2. ケミカルリサイクルの技術的要素と課題
   1. ポリオレフィンのケミカルリサイクル技術の課題の整理
   2. スケールアップの障害となる事象
      1. ポリマーメルトの性質
      2. 添加物と夾雑物
   3. 触媒を用いるプロセス開発の意義
3. ナフサ化を実現するためのプロセス
   1. 無触媒分解プロセスの紹介
   2. 触媒分解プロセスの紹介と提案
4. ポリエチレンとポリプロピレンの触媒分解
   1. 分解方法と分析手法
   2. 分解触媒にゼオライトを用いる意義
   3. ポリマーの分解挙動
   4. 分解活性の制御因子
   5. これからの触媒に求められる機能
5. おわりに
• 質疑応答

第3部 CO2電解における目的生成物、電極触媒の状態計測技術

(2026年7月24日 15:20〜16:20)

　カーボンニュートラル実現の鍵となるCO2電解技術において、C2+など高付加価値な目的生成物の選択性向上に不可欠なCu電極触媒の役割と、その動作中の動的挙動を可視化する放射光マルチモーダル計測技術を解説する。

1. 電気化学デバイスの階層構造と課題
   1. 電気化学デバイスに共通する構成要素と反応制御因子
   2. 電気化学デバイスの時間的・空間的な階層構造
   3. 実稼働中の電気化学セル内部を観る“オペランド計測”の必要性
2. 放射光計測技術の有用性とマルチモーダル計測
   1. 非破壊その場計測を可能にする放射光 (硬X線) の利点
   2. 放射光各種計測技術の概要
      • X線吸収分光 (XAS)
      • X線回折 (XRD)
      • X線イメージング (吸収/位相コントラスト)
      • 走査型X線蛍光顕微鏡 (SXFM)
      • X線マイクロCT
   3. 放射光オペランド計測の適用事例
      • リチウムイオン電池
        • LIB電解液内イオン濃度分布の動的挙動の可視化
      • 水電解
        • PEMWE運転中の触媒劣化および電解質膜内動的挙動の可視化
3. CO2電解の目的生成物と実用化に向けた取組
   1. カーボンニュートラルに資するCO2電解の意義
   2. C2+化合物の市場価値と目的生成物としての重要性
   3. C2+化合物を選択的に生成できる単一金属“Cu触媒”の特徴
   4. 高速・高効率化に不可欠なガス拡散電極 (GDE) とフローセルの導入
4. CO2電解中のCu電極触媒の状態計測
   1. 触媒反応における動的プロセスとin situ観察の重要性
   2. 放射光マルチモーダル計測によるCu-GDEの挙動解析アプローチ
   3. SXFM計測
      • Cu触媒形態変化のリアルタイム可視化
   4. X線CT計測
      • Cu-GDE内部構造の三次元可視化
   5. XAS計測
      • Cu触媒の化学状態変化のリアルタイム解析
   6. Cu触媒の動的再配置メカニズム
   7. フラッディングが三相界面とC2+選択性に与える影響
5. まとめと今後の展望
   1. 放射光計測から得られたCO2電解における電極触媒に関する総括
   2. CO2電解の実用化に向けた電極触媒・GDEの設計指針
• 質疑応答