マイクロ波でCO₂吸着材を高速再生ー省エネルギーな二酸化炭素回収技術へー

2026-08-26 九州大学

九州大学と金沢大学の研究グループは、CO₂回収に用いるアミン吸着材をマイクロ波で選択的に加熱することで、従来の加熱方式より大幅に高速再生できる仕組みを明らかにした。アミン吸着材はCO₂との反応性・選択性に優れる一方、回収したCO₂を脱離して再生する際に多くのエネルギーを必要とする。研究では、アミンとCO₂の反応で生じるカルバメートや重炭酸イオンなどのイオン性化学種が、CO₂吸着だけでなくマイクロ波エネルギーを熱へ変換する過程にも重要であることを解明した。特にモノエタノールアミン（MEA）をシリカやゼオライトに固定化した吸着材では、従来加熱と同じ温度条件で最大16.5倍のCO₂脱離速度を達成。担体の細孔構造や誘電特性も発熱・脱離挙動に影響することを示した。アミンと担体の分子設計によって、必要な反応部位へ効率的にエネルギーを供給する、省エネルギー・高速なCO₂回収技術につながる成果である。

図１. マイクロ波によるCO2脱離加速のイメージ

＜関連情報＞

マイクロ波と物質の相互作用に基づくCO2吸着剤の合理的設計による迅速な誘電加熱再生 Rational Design of CO2 Sorbents Based on Microwave-Matter Interaction for Rapid Dielectric Heating Regeneration

Mahesh Muraleedharan Nair;Rikako Hara;Obey Gotore;Hidetaka Yamada;Noriyuki Igura;Shuntaro Tsubaki
The Journal of Physical Chemistry C Published:August 07, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6c02465

Abstract

Amine-based sorbents have emerged as robust materials for CO₂ capture; however, they are associated with intensive energy consumption challenges during their thermal regeneration. Microwave dielectric heating facilitates the convenient and rapid regeneration of amine sorbents by directly and selectively heating the CO₂-rich sorbent. Here, we propose the rational design of solid amine sorbents for their use of microwave-selective heating to release captured CO₂ via ion-conduction microwave heating. We characterized the dielectric properties of a series of amines (primary, secondary, tertiary, cyclic, and aromatic amines) and found that ion formation is effective for both the CO₂ capture and microwave absorption properties. By immobilizing monoethanolamine, which exhibited the highest ionic conductivity and CO₂ capture capacity, on silica and zeolite supports, a 16-fold increase in the CO₂ desorption rate was achieved compared with conventional heating under identical conditions. Overall, this study emphasizes a rapid CO₂ sorbent recovery approach that combines commercially available materials with a microwave energy.