富山大、FT合成の定説を覆すカプセル型FT合成触媒を開発――触媒のコバルト含有量を大幅削減

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富山大学は2018年8月14日、Fischer-Tropsch(FT)合成の定説を覆し、コバルトの使用量を大幅に削減できるカプセル型FT合成触媒を開発したと発表した。

FT合成は、合成ガス(一酸化炭素と水素の混合ガス)から軽油などの石油代替燃料や化学品を合成する触媒反応だ。合成ガスは、天然ガス、バイオマス、石炭、可燃性ゴミから簡単に製造できるため、同反応の産業へのインパクトは非常に大きい。しかし、同反応には、1日3万バーレルの合成燃料を製造できる反応塔一基に対し、コバルト触媒を500トンも使用し、また、触媒は1~2年で交換する必要がある。さらに現在、電気自動車の普及でコバルトの価格が2年前の3倍程度になっていることもあり、コバルトの使用量の削減が重要な課題となっていた。

一方、従来のFT合成では、触媒担体表面に固定されたコバルトナノ粒子が用いられ、そのコバルトナノ粒子の大きさにより、製品である炭化水素分子の長さが決まっていた。つまり、大きなコバルトナノ粒子は分子の長い軽油とジェット燃料を合成し、小さなコバルトナノ粒子は分子の短いLPG、軽質オレフィンを合成する。そして、これが従来のFT合成の基本定説だった。

しかし今回、研究グループは、シリカ層に覆われたコバルト系カプセル触媒を開発。同触媒を使用することで、小さなコバルトナノ粒子では分子の長い軽油とジェット燃料を合成でき、大きなコバルトナノ粒子では分子の短いLPG、軽質オレフィンを合成できることを発見した。この発見により、触媒のコバルト含有量を、従来の30~40%から5~10%以下まで削減することができるという。

さらに、同成果は、CO2の水素化から炭化水素や含酸素化合物の合成(FT合成のCO2版)にも適用できるとしており、エネルギー問題と環境問題の同時解決に一つのオプションを提供するとしている。

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