発電所の煙突から二酸化炭素を除去するシンプルな素材が登場(This Simple Material Could Scrub Carbon Dioxide From Power Plant Smokestacks)

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簡単に合成できる化学フィルターがあれば、温室効果ガスが大気圏に到達するのを阻止できる。 An easily synthesized chemical filter could stop the greenhouse gas from reaching the atmosphere.

2022-11-02 アメリカ国立標準技術研究所(NIST)


Exhaust from coal-fired power plants, at left, contains large quantities of the greenhouse gas carbon dioxide (purple tripartite molecules). Aluminum formate, a metal-organic framework whose structure is highlighted at right, can selectively capture carbon dioxide from dried flue gas conditions, potentially at a fraction of the cost of using other carbon filtration materials.
Credit: B. Hayes/NIST

化石燃料発電所の排気ガスから、温室効果ガスである二酸化炭素を大気中に放出する前に除去するには、どうすればよいのだろうか。このたび、シンプルで経済的、かつ再利用可能な材料が、その有望な解決策であることが明らかになった。
研究チームは、ギ酸アルミニウムを研究対象とした。ギ酸アルミニウムは、有機金属骨格(MOF)と呼ばれる一群の物質の一つである。MOFは、化石燃料に含まれるさまざまな炭化水素などの有機物をろ過し、互いに分離するのに優れた能力を発揮する物質である。
ギ酸アルミニウム(ALF)は、石炭火力発電所の煙突から排出される二酸化炭素(CO2)とその他のガスを分離するのに適している。ALFは、他の炭素ろ過材に見られるような欠点もない。
ALFは、水酸化アルミニウムとギ酸という、市場に豊富に存在し、容易に入手できる化学物質から作られます。1キログラムあたりのコストは1ドル未満で、同様の性能を持つ他の材料に比べて最大100倍も安価になる。

<関連情報>

ギ酸アルミニウム(Al(HCOO)3):地球上に豊富に存在し、スケーラブルで高選択的なCO2分離回収材料 Aluminum formate, Al(HCOO)3: An earth-abundant, scalable, and highly selective material for CO2 capture

Hayden A. Evans, Dinesh Mullangi, Zeyu Deng, Yuxiang Wang, Shing Bo Peh, Fengxia Wei,John Wang, Craig M. Brown,Dan Zha, Pieremanuele Canep ,Anthony K. Cheetham
Science Advances Published:2 Nov 2022
DOI: 10.1126/sciadv.ade1473

Abstract

A combination of gas adsorption and gas breakthrough measurements show that the metal-organic framework, Al(HCOO)3 (ALF), which can be made inexpensively from commodity chemicals, exhibits excellent CO2 adsorption capacities and outstanding CO2/N2 selectivity that enable it to remove CO2 from dried CO2-containing gas streams at elevated temperatures (323 kelvin). Notably, ALF is scalable, readily pelletized, stable to SO2 and NO, and simple to regenerate. Density functional theory calculations and in situ neutron diffraction studies reveal that the preferential adsorption of CO2 is a size-selective separation that depends on the subtle difference between the kinetic diameters of CO2 and N2. The findings are supported by additional measurements, including Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and variable temperature powder and single-crystal x-ray diffraction.

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