科学者たちが、これまでで最も低コストな炭素捕捉システムを発表(Scientists Unveil Least Costly Carbon Capture System to Date)

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PNNLの科学者が炭素回収から利益を得る道を切り開き、脱炭素化とネットゼロエミッションへの前進の重要なステップを解き放つ PNNL scientists carve a path to profit from carbon capture through carbon upcycling, unlock crucial step in decarbonization and advancing toward net zero emissions

2023-01-23 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

◆二酸化炭素を回収・除去し、再利用する技術の必要性は、地球の大気圏に二酸化炭素が到達するたびに強くなっている。このニーズに応えるため、エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所の科学者たちは、炭素回収をより安価で広く普及させるための努力で新たなマイルストーンを達成した。それは、これまでで最も低コストでCO2を効率的に回収し、世界で最も広く使われている化学物質であるメタノールに変換する新しいシステムである。
◆CO2が大気中に放出される前に回収することは、地球温暖化を抑制するための重要な要素である。しかし、二酸化炭素を大量に排出する企業に対して、二酸化炭素の回収技術を導入するインセンティブを与えることは、その前段階として重要なことである。商業的な回収技術のコストが高いことが、その普及を阻む長年の障害となっている。
◆PNNLの科学者たちは、メタノールがそのインセンティブを提供できると考えている。メタノールは、燃料、溶剤、プラスチック、塗料、建材、自動車部品などの重要な成分として、多くの用途がある。CO2をメタノールのような有用な物質に変換することは、産業界が炭素を回収して再利用する道を提供することになる。
◆Advanced Energy Materials誌に記載されているように、この新しいシステムは、石炭、ガス、バイオマスを燃料とする発電所や、セメントキルン、製鉄所などに適合するように設計されています。PNNLが開発した捕獲溶媒を使い、排出される前にCO2分子を捕獲し、有用で販売可能な物質に変換するシステムである。
◆メタノールは、現存する化学物質の中で最も生産量が多いものの一つです。プラットフォーム材料として知られ、その用途は多岐にわたる。メタノールに加え、CO2をギ酸(これも汎用化学物質)、メタンなどに変換することができる。
◆このプロセスを最適化し、規模を拡大するにはまだかなりの作業が必要であり、商業的に展開できるようになるには数年かかるかもしれない。しかし、PNNLの炭素管理・化石エネルギー市場部門のマネージャーであるCasie Davidson氏は、従来の化学製品を置き換えることは始まりに過ぎないと述べています。
◆DOEの分析によると、商用システムは排ガスから炭素を吸収し、CO2 1トン当たりおよそ46ドルである。PNNLチームの目標は、回収プロセスをより効率的かつ経済的に競争力のあるものにすることで、継続的にコストを削減することである。
◆同チームは、2021年に回収コストをCO2 1トン当たり47.10ドルまで引き下げました。Journal of Cleaner Productionに掲載された新しい研究では、PNNLが開発したさまざまな回収溶媒を使用してメタノールシステムを稼働させた場合のコストを調査し、この数字は現在、CO2 1メートルトン当たり39ドル弱まで低下しています。
◆「この新しい研究では、3種類のCO2結合溶媒を調べました。」と、評価を担当した化学エンジニアのYuan Jiangは述べました。「そして、従来の捕捉技術の約75%のコストで捕捉できることがわかりました。
◆CO2を回収し、メタノールに変換するプロセスは、CO2マイナスにはならない。メタノールに含まれる炭素は、燃やすことで放出されるか、メタノールをより寿命の長い物質に変換することで固定化される。しかし、この技術は、炭素を物質の中に閉じ込め、大気中に排出させないという重要な仕事をするための「舞台装置」であるとヘルデブラント氏は言う。

<関連情報>

ポスト燃焼捕捉溶媒を用いたCO2捕捉とメタノールへの変換の統合:選択的なC-N結合切断のための不均一系触媒。Integrated Capture and Conversion of CO2 to Methanol in a Post-Combustion Capture Solvent: Heterogeneous Catalysts for Selective C-N Bond Cleavage

Jotheeswari Kothandaraman, Johnny Saavedra Lopez, Yuan Jiang, Eric D. Walter, Sarah D. Burton, Robert A. Dagle, David J. Heldebrant
Advanced Energy Materials  Published: 03 October 2022
DOI:https://doi.org/10.1002/aenm.202202369

Abstract

An efficient and selective heterogeneous catalyst is identified for the condensed-phase hydrogenation of captured CO2 in the presence of an advanced water-lean post-combustion capture solvent, (N-(2-EthoxyEthyl)-3-MorpholinoPropan-1-Amine), 2-EEMPA. The catalysts commonly used for gas-phase CO2 hydrogenation (e.g., Cu/Zn/Al2O3) cause deactivation of amine promoters via N-methylation by CO cleavage of formamide intermediates. A heterogeneous catalyst system that suppresses N-methylation of amine solvents is identified, demonstrating how Pt, supported by reducible metal oxides CeO2 or TiO2, can be selective for CN cleavage to produce methanol. This is the first known demonstration of integrated low-temperature thermocatalytic capture and conversion of CO2 to methanol in an economically viable CO2 capture solvent. Technoeconomic analyses performed on the state-of-technology suggest that methanol can be produced with a minimum selling price of $4.4/gallon ($1,460/metric ton) when using CO2 captured from a 650 MW natural gas combined cycle plant. Ultimately, a road map of how realistic and achievable improvements to space velocity and methanol selectivity of this integrated process can enable near cost parity to fossil-derived methanol, with a selling price of ≈$1.4/gal ($470/metric ton), is presented.

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