日本語
English
Español
عربي
Français
中文
安価で豊富な金属と一般的な砂糖から作られた新触媒が二酸化炭素（CO2）ガスを一酸化炭素（CO）に変える力を持っています。
ノースウェスタン大学の最新研究では、 新しい触媒 がCO2をCOに効果的に変換し、さまざまな有用な化学薬品を生産するための重要な基礎となります。例えば、水素の存在下で反応が起こると、CO2と水素は 合成ガス（または合成ガス）に変わり、これはガソリンを代替できる燃料を生産するための非常に価値の高い前駆体です。
図版提供：ノースウェスタン大学のMilad Khoshooei氏。 こちらをクリックしてプレスリリースをご覧ください。
この研究「高温逆水-ガスシフト反応のための活性で安定した正方形モリブデンカーバイド触媒」はジャーナルScienceに掲載されています。
最近の二酸化炭素の捕捉技術の進歩により、後燃焼二酸化炭素捕捉が地球温暖化危機に対処するための有望な選択肢として現実味を帯びています。しかし、捕獲された二酸化炭素をどのように処理するかは未解決の問題です。新しい触媒は、この強力な温室効果ガスをより価値ある製品に変換することで、その一つの解決策を提供できる可能性があります。
ノースウェスタン大学のMilad Khoshooei氏は、共同でこの研究を率いた際、「もしCO2の排出が今停止されたとしても、過去数世紀の産業活動により大気中にはCO2の余剰が存在するでしょう」と述べました。「この問題には1つの解決策ではありません。 CO2の排出を減らすと同時に、既に大気中に存在するCO2濃度を減らす新しい方法を見つけなければなりません。可能なすべての解決策を活用する必要があります」と述べました。
この研究の主著者であるノースウェスタン大学のOmar K. Farha氏は、「私たちはCO2を他の製品に変換する最初の研究グループではありませんが、プロセスが実際に実用的になるためには、いくつかの重要な基準を満たす触媒が必要です。それは、手頃な価格、安定性、生産しやすさ、スケーラビリティです。これら4つの要素のバランスが重要です。幸いにも、私たちの材料はこれらの要件を充足するのに優れています」と述べました。
碳捕獲技術の専門家であるFarha氏は、ノースウェスタン大学ワインバーグ芸術科学大学のCharles E.およびEmma H. Morrison化学教授です。カナダのカルガリー大学の博士課程でこの研究を開始したKhoshooei氏は現在、Farha氏の研究室で博士研究員として働いています。
パントリーからのソリューション
新しい触媒の秘密は、モリブデンカーバイドという非常に硬い陶磁材料にあります。他の多くの触媒が白金やパラジウムなどの高価な金属を必要とするのに対し、モリブデンは安価で貴金属でない豊富な金属です。
モリブデンをモリブデンカーバイドに変換するために、科学者たちは炭素の供給源が必要でした。炭素原子の安価な選択肢は、予想外の場所で見つけました：パントリー。驚くべきことに、ほとんどの家庭で見られる白色の粒状の砂糖が、炭素原子の安価で便利な供給源として機能しました。
「これらの材料を合成しようとするたびに、家からラボに砂糖を持ってきました」とKhoshooei氏は述べました。「触媒として一般的に使用される他の材料クラスと比較して、当社の材料は信じられないほど安価です。」
成功裏に選択的で安定
触媒をテストした際、Farha氏、Khoshooei氏、および協力者たちはその成功に感銘を受けました。常圧および高温（300-600°C）で作動する触媒は、CO2を100%の選択率でCOに変換しました。
高い選択性とは、触媒が周囲の材料を損なうことなくCO2にのみ作用したことを意味します。つまり、産業は触媒を捕獲されたガスの大容量に適用し、CO2にのみ選択的に対象を絞ることができます。触媒は時間とともに安定であり、つまり活性を保ち、劣化しませんでした。
「化学では、数時間後に触媒が選択性を失うことは珍しくありません」とFarha氏は述べました。「しかし、過酷な条件下で500時間後も、その選択性は変化しませんでした。」
これは特に注目すべきことです、なぜなら、CO2は安定で頑固な分子であるからです。
「CO2を変換することは簡単ではありません」とKhoshooei氏は述べました。「CO2は化学的に安定な分子であり、その安定性に打ち勝つためには多くのエネルギーが必要でした。
一緒に二酸化炭素をクリーンアップ
カーバイドのメタン、カロストラ脳とメタロフームの脳の調製は特にテストによってクリーンに行われており、触媒は他のすべての金属鉱物に使われたものとは違い、安定した試薬と供給株を手に入れることができました。
極小サイズのモリブデンを原料として、炭素源を見出すために科学者らがしたのは、意外な場所からです：パントリー。ほとんどの家庭にある白く、粒状のタイプの砂糖が、安価で便利な炭素原子の供給源として使われました。
「これらの材料を合成するたびに、自宅から砂糖をラボに持って行きました」とKhoshooeiは話します。「触媒用によく使われる他の材料のクラスと比べて、当社の材料は信じられないほど安いです。」
成功裏に選択肢と安定
触媒をテストしたとき、Farha、Khoshooei、およびその協力者はその成功に感心しました。常圧および高温（300〜600°C）で作動するこの触媒は、CO2を100％の選択率でCOに変換しました。
高い選択性とは、触媒がCO2周辺の材料を干渉せずにCO2のみに対応したことを意味します。つまり、産業は大量の捕獲された気体に触媒を適用し、CO2のみを選択的に対象とすることができました。さらに、触媒は時間とともに安定して活性を保ち、劣化しなかったのです。
「化学分野では、数時間後に触媒が選択性を失うことは珍しくありません」とFarhaは述べました。「しかし、過酷な条件下で500時間持続しても、選択性は変わりませんでした。」
これは特にCO2が安定で頑固な分子であることを考えると驚くべきことです。
ADVERTISEMENT
「CO2を変換するのは簡単ではありません」とKhoshooeiは言います。「CO2は化学的に安定な分子であり、その安定性を克服するには多くのエネルギーが必要でした」
二酸化炭素を一緒にクリーンアップするためのタンデムアプローチ
カーボンキャプチャの素材の開発はFarha研究室の主要な焦点です。Farhaは、高度に多孔質でナノサイズの材料である金属有機フレームワーク（MOFs）を開発しており、Farhaはそれを「洗練されたプログラム可能なバススポンジに」と例えています。Farhaは、MOFsを大気から直接CO2を引き抜くなど、多様な用途に適用しています。
Farhaは、MOFsと新しい触媒が協力して二酸化炭素の捕獲および貯留において役割を果たす可能性があると述べています。
「いずれにしても、CO2を捕獲するためにMOFを使用し、それをより有益なものに変換するために触媒を使うことができるかもしれません」とFarhaは提案しています。「2つの連続手順に2つの異なる材料を利用する組み合わせシステムが前進の道かもしれません。」
「これにより、捕獲されたCO2をどうするかという問いに答えるのに役立つかもしれません」とKhoshooeiは付け加えました。「今のところ、計画は地下に封じ込めることです。しかし、地下貯留施設はCO2を安全かつ永久的に保管するために多くの要件を満たさなければなりません。私たちは、経済的価値を付加しつつどこでも使用できるより普遍的なソリューションを設計したいと考えています。」
Farhaは国際ナノテクノロジー研究所のメンバーであり、ポーラM.トリネンス持続可能エネルギー研究所の教職員フェローでもあります。
**
この触媒技術は、CO2リサイクルの先駆けとなる可能性があります。プレスリリースには多くの地球温暖化の詐欺が含まれているため、残念ながらそういった要素があるものと受け入れます。ですが、再利用研究を進めるには資金が必要となるため、しばらくは温暖化関係者が財布を握りしめている状況です。
現在、生物学者、農学者、植物学者たちはこのような報道に憤慨しています。CO2のクリーンアップが、緑の植物から食糧がどこから来るのかという知識豊富な人々に不安を抱かせています。「さまざまな植物が生きて成長するために何を消費しているのか？」など、考えさせられる点があります。 
