放出の削減が求められていますが、気候変動との戦いにおいては、大気中から温室効果ガスを積極的に除去することも理にかなっている可能性があります。今回、研究チームは、空気から直接二酸化炭素を実際に除去できる方法を開発した。安価な活性炭は再利用可能な「スポンジ」として機能し、電池のような充電プロセスを使用して可逆的な CO₂ 結合能力を備えています。吸収された後、「キャッチ」は多孔質材料から放出され、ほとんどエネルギーを使わずに処分できると開発者らは報告している。
最悪の事態を防ぐには、地球の平均気温の上昇を摂氏1.5度に抑える必要がある。これは、気候変動との戦いにおけるパリ協定で設定された目標です。これを達成するには、CO2 隔離の自然および人工的な方法で温室効果ガスの排出を相殺できれば理想的です。ケンブリッジ大学の主任著者アレクサンダー・フォース氏は、「私たちが最初に行う必要がある最も緊急なことは、地球規模の二酸化炭素排出量を削減することですが、現在では気候中立性を達成するために温室効果ガスを積極的に除去することも賢明であるように思えます」と述べています。 「大気中から二酸化炭素を回収する技術は最後の手段のように思えますが、気候危機の規模を考えると、この可能性も探るべきです」と科学者は述べた。
空気から二酸化炭素を直接除去するプロセスはすでに開発されています。多孔質材料はガスを結合し、使用または廃棄の際にガスを再び放出できます。しかし今のところ、この概念は現実的ではないようだ。これらの材料は高価であるか不安定であることが多く、CO₂ を再移動させて吸収材を再利用するには高温が必要であり、化石燃料を使用して再度生成する必要がある場合があります。だからこそフォルス氏らは現在、代替洗浄材の可能性を模索しているのである。「活性炭は安価で安定しており、大規模に生産できるため、どの程度まで使用できるか試してみたかったのです」とフォルス氏は言う。
より安価な選択肢も視野に
多孔質炭素材料は、特定の物質に対する高い結合能力を有するため、水や空気の浄化にすでに大規模に使用されています。しかし、通常は空気中の CO₂ を捕捉することはできません。しかし、Forse 氏と彼の同僚は、電池を充電するのと同様のプロセスを通じて活性炭にこの機能を与えることができるかもしれないというアイデアを思いつきました。このプロセスでは、電気化学プロセスにより電極上にイオンが蓄積されます。そのアイデアは、活性炭に炭素を捕捉できる特定の化合物をチャージできるということです。具体的には、CO2 と可逆的な結合を形成できる、いわゆる水酸化物が検討されました。
実現可能性の研究のために、研究者らは活性炭繊維で作られた薄い布を使用しました。それらを帯電させるために、それらを水酸化カリウム溶液中で正の電圧下に置きました。これにより水酸化物イオンが形成される反応が起こり、それが活性炭繊維の小さな細孔に蓄積したことが研究で示されました。充填プロセスの最後に、材料は洗浄され、乾燥されました。こうして、水酸化物イオンをコーティングした「空気を含んだ」活性炭が誕生しました。
空気が満たされた容器でのその後のテストでは、この材料が研究者が期待していたものを達成できることが示されました。実際、帯電活性炭片は 25 分以内に CO₂ 濃度を大幅に減少させることができました。測定値は、堆積速度が以前に開発された材料の堆積速度に匹敵することを示しました。新しいプロセスのハイライトは、安価で堅牢な原材料に加えて、吸収された二酸化炭素を再流動化するのに必要なエネルギーが低いことである、と研究者らは強調している。 「それを収集して活性炭スポンジを再生するのに高温は必要ありません」とフォルス氏は言います。
可能性が芽生えてきている
研究チームが説明しているように、これは処理によって材料が導電性になるためです。これは、電気抵抗により、印加された電流によって非常に効果的に加熱できることを意味します。テストによると、活性炭から結合二酸化炭素を移動するには、わずか摂氏 90 ～ 100 度の温度で十分です。その後、保管または廃棄のために送ることができます。対照的に、空気からCO₂を回収するために使用されている材料のほとんどは、摂氏900度までの温度まで加熱する必要があり、天然ガスが使用されることが多いと研究者らは強調している。
彼らによれば、現在、気候変動との戦いの一環として、CO₂ を直接回収する方法に実用的な可能性が浮上しているという。しかし、さらなる開発作業がまだ必要です。「私たちは現在、特にこれまで性能が低下していた湿気の多い空気条件下で、捕捉できる二酸化炭素の量をさらに増やすという課題に専念しています」とフォース氏は言います。この特許出願中の方法は、二酸化炭素に加えて、他の物質の捕捉にも応用できる可能性があると研究者らは結論付けている。 「その適応性と低コストにより、帯電吸着剤は化学分離、触媒、その他の分野で多くの応用が見出せると我々は期待しています」と著者らは書いている。
出典: ケンブリッジ大学、専門記事: Nature、doi: 10.1038/s41586-024-07449-2
