新反応性物質を用いた炭酸ガス熱分解に成功――太陽光を用いた炭酸ガスの利用実現に寄与新潟大学ら

新潟大学は2024年1月30日、同大学と東京大学生産技術研究所、信州大学、コロラド大学ボルダー校の研究グループが、新反応性物質を用いた炭酸ガス熱分解に成功したと発表した。

近年、CO₂の排出量削減に向けて、炭酸ガスの利用に関する研究が進んでいる。

太陽光を用いた炭酸ガスの利用に関しては、太陽光発電に基づく水電解で水素を製造し、炭酸ガスと反応させてメタン合成するメタネーションが有望視されているものの、未だ実用化には至っていない。

新潟大学とコロラド大学ボルダー校は、キセノンランプによる集光を用いた室内実験や、米国立再生可能エネルギー研究所（NREL）が有する太陽炉を用いた実験を実施した。

セリア（CeO₂）やヘルシナイト（FeAl₂O₄）のフォームデバイスを反応性物質として用いることで、炭酸ガスを酸素と一酸化炭素に分離することに成功している。

キセノンランプによる集光を用いた室内実験

太陽炉を用いた実験

実験では、まず高温にした反応器内にアルゴン（Ar）を流し込み、反応性物質から酸素を除去した。その後、反応器内の温度を低下させて炭酸ガスを流し込み、酸素を失った反応性物質によって炭酸ガスを還元、一酸化炭素を発生させている。

実験結果の例

このような集熱反応実験に加えて、東京大学がミクロ熱流動解析を、新潟大学がマクロ集熱反応器解析を、信州大学がシステム解析をそれぞれ実施。結果を相互に比較することで、実際のプラントシステムの性能が高精度で予測可能となった。

同発表によると、同シミュレーション技術を用いてプラントを解析することで、セリアにおける太陽光から合成燃料までの総合変換効率を10％以上に向上できる見通しだという。これは、従来の実績値の2倍以上に当たる。

また、ヘルシナイトがセリアの2倍以上の反応活性を示すことも判明。新しい反応物質としての将来性の高さを確認した。

セリアは、原料のセリウム（Ce）がレアアースであるためコストが高い。一方で、ヘルシナイトは安価な鉄（Fe）とアルミニウム（Al）から製造できるため、製造コストの低減が期待できる。

今回の研究は、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）が助成する「炭酸ガス分解用ソーラー集熱反応器の国際共同研究開発」の一環として実施された。

新潟大学、東京大学および信州大学は、同事業が終了した後も、実証プラントの建設や反応物質、集光系および集熱系の実用化、フォームデバイス単独での実用化などを進める計画となっている。

新反応性物質を用いた炭酸ガス熱分解に成功――太陽光を用いた炭酸ガスの利用実現に寄与　新潟大学ら