グラフェン膜が安価なCO₂回収に有望(Graphene membranes show promise for cheaper CO₂ capture)

2025-12-11 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

スイスのローザンヌ連邦工科大学(EPFL)の研究チームは、新しいピリジニック・グラフェン膜と呼ばれる単一層グラフェン製の膜材料が、CO₂の分離・回収を効率的かつ低コストで行える可能性を示す研究成果を発表しました。この膜は、微細な孔がCO₂分子を選択的に通す構造になっており、電力駆動の膜分離システムとして従来の化学吸収法と比べてエネルギー消費が少なく、設備の簡素化とコスト削減に寄与します。研究では、天然ガス火力発電所や石炭火力・セメント工場など複数の排ガス条件を想定したモデル評価を実施し、膜のCO₂選択性と透過性が高い場合、1トンあたりの捕捉コストが概ね80~100米ドル、条件次第では60~80米ドル程度まで低減可能であることが示されました。また、CO₂濃度の高い石炭・セメントの場合にはさらに25~50米ドルのコスト帯も見込まれ、実用化に向けた有望性が高く評価されています。この研究は『Nature Sustainability』誌に掲載されたものです。

グラフェン膜が安価なCO₂回収に有望(Graphene membranes show promise for cheaper CO₂ capture)
An illustration of the graphene membrane separating CO2 from N2. Credit: Ivan Savicev, EPFL

<関連情報>

ピリジン系グラフェン膜による希薄排出物からのエネルギー効率とコスト効率の高いCO2回収 Energy- and cost-efficient CO2 capture from dilute emissions by pyridinic-graphene membranes

Marina Micari,Kuang-Jung Hsu,Stefania Bempeli & Kumar Varoon Agrawal
Nature Sustainability  Published:25 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41893-025-01696-5

Abstract

Membrane-based carbon capture offers an energy-efficient and environmentally friendly alternative to conventional absorption-based processes, yet adoption remains limited by its performance with dilute CO2 sources such as natural gas power plants. Here we present a techno-economic assessment of pyridinic-graphene membranes—porous graphene membranes hosting pyridinic nitrogen—that yield increasingly high CO2 permeance and selectivity as CO2 concentration in the feed decreases. This unique behaviour substantially reduces energy consumption, process footprint and capture costs, even when considering the non-ideal effects such as concentration polarization and pressure drops. Using uncertainty-aware cost modelling, including membrane cost, electricity prices, contingency factors and learning curves, we show that capture costs can reach US$50–100 per ton CO2 for natural gas power plants and as low as US$25–50 per ton CO2 for coal and cement plants, positioning this technology favourably against state-of-the-art capture processes. Our work bridges material innovation with process optimization, highlighting the role of advanced membrane materials and process design in cost-effective carbon capture for diverse industrial sectors.

0505化学装置及び設備
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