産業排出ガスから CO2 を分離する新材料を開発

(Climate protection: Bayreuth chemists develop new material for the separation of CO2 from industrial waste gases)

2020/10/20 ﾄﾞｲﾂ連邦共和国・バイロイト大学

・ バイロイト大学が、産業排出ガス、天然ガスやバイオガスから CO2 のみを分離して吸着する有機・無機のハイブリッド材料を開発。
・ 同材料は、1nm の薄さのガラスのプレートレット(板状体）数百個が秩序だって積み重なり、それらの間にスペーサーとして機能する有機分子が配置された粘土鉱物の Diammonium-pillared microporous organically pillared layered silicate 7 (MOPS-7)。
・ 同材料中の中空が CO2 を最大限に蓄積できるよう、スペーサーの形状と化学特性を最適化した。また、分子篩効果の活用により、メタンや窒素等、CO2 以外の排ガス成分を除外する。
・ 化学的な結合によるものではなく、強力な物理吸着により同材料の中空に CO2 を蓄積し、エネルギーをほとんど消費せずに放出し、産業資源として利用できる。
・ 現在、混合ガスからエネルギー効果的に CO2 を選択的に継続して分離する設計の、同材料をベースとしたメンブレンシステムの開発を試みている。
・ 2019 年に欧州委員会が発表した「欧州グリーン・ディール」では、EU 域内の温暖化ガス排出を 2050年までにゼロにするという目標を掲げている。これには排ガス等の CO2 を分離・保持するための革新的なプロセスの開発が必要となる。
・ 同材料は、CO2 分離の産業プロセス評価の要件を全て満たすもの。コスト効果的に製造でき、産業CO2 排出の低減だけでなく、バイオガスや天然ガスの処理においても極めて重要な役割を担うと考える。
URL: https://www.uni-bayreuth.de/en/university/press/press-releases/2020/145-carbondioxide-separation/

＜NEDO海外技術情報より＞

（関連情報)

Cell Reports Physical Science 掲載論文(フルテキスト）
Diammonium-Pillared MOPS with Dynamic CO2 Selectivity
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386420302253?via%3Dihub

Abstract

The climate challenge calls for the design of energy-efficient CO₂-separation materials. CO₂-selective solid physisorbents are characterized by a low energy penalty and enable the most promising and energy-efficient CO₂ separation technologies by applying vacuum swing adsorption (VSA). Here, we show that a diammonium-pillared microporous organically pillared layered silicate 7 (MOPS-7) represents a CO₂-selective physisorbent, synthesized by simple ion exchange of an inexpensive clay. This MOPS provides high dynamic, reversible, and reproducible CO₂ uptakes and selectivities proven in dynamic breakthrough experiments mimicking flue gas, natural gas, and biogas conditions. The selective interaction with CO₂ is dominated by the multipole interactions with the microporous hybrid material. Thus, the energy penalty attributed to regeneration is intrinsically reduced. The simplicity and modularity of pillaring low-budget and environmentally friendly clays, combined with industrially capable performance with respect to thermal stability, high dynamic CO₂ adsorption selectivity, and energy-efficient restoration renders MOPS-7 a highly attractive CO₂ adsorbent.