エネルギー
CO2を回収するための代替ソリューション
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地球温暖化が間もなく気候に及ぼすであろう被害を逆転させるには、CO2 の捕捉が不可欠です。しかし、人類文明が理想として達成したいことと現実の間には矛盾があります。パリ協定は、世界の平均気温の上昇を産業革命以前の水準から 2°C 未満に抑えるという世界的な約束を定めたものです。
化石燃料から脱却して気温上昇を1.5度に抑えるには真摯な努力が必要だったが、石炭やガスを燃料とする発電所が世界の電力部門を支配し続けている、と報告書は報告している。 国際エネルギー協会 (IEA).
実際、再生可能エネルギー源への移行を積極的に進めようとする世界的な動きにもかかわらず、化石燃料から発電される電力は 70 年以降 2000% 増加しています。石炭は依然として発電用燃料源として最大の 38% を占め、ガスが約 20% でそれに続きます。
世界中で実施されている政策は、既存の石炭火力発電所からの排出物の問題に取り組むことに熱心であり、 建設中 しかし、CO2排出量の削減や減少は、温室効果ガスの排出がなくなることを保証するものではありません。IEAは、既存の石炭火力発電所からのCO2排出量が約40％減少した後でも、6年には年間排出量が2 GtCO2040に達すると予測しています。
このようなシナリオでは、排出量の削減だけでは気候目標の達成は不可能です。炭素を回収し、大規模に利用および貯蔵するための代替ソリューションが必要になります。ただし、これらのソリューションは全体的に実行可能で、費用対効果が高く、長期的に実行可能でなければなりません。
最近、 研究が発表された 1月XNUMX日、コロラド大学ボルダー校の研究者らと協力者はACS Energy Letters誌で、多くのエンジニアが炭素を回収するために研究している一般的なアプローチは失敗するだろうと明らかにした。
しかし、コロラド州ゴールデンにある国立再生可能エネルギー研究所とオランダのデルフト工科大学の科学者で構成される研究チームは、既存のシステムの欠陥を指摘するだけにとどまらず、炭素を捕捉するだけでなく燃料に変換する、代替のより持続可能な解決策も推奨した。
次回は、当初の解決策が何を推奨していたか、その欠点は何だったのか、そしてどのように これらの欠陥は修正できる 代替ソリューションで！
炭素を捕獲する独自のソリューション
オリジナル ソリューションとは、空気接触装置を使用する最も広く使用されている直接空気回収アプローチの 2 つを指します。空気接触装置は、塩基性液体で満たされたチャンバーに空気を引き込む巨大なファンです。COXNUMX は化学的に酸性であるため、塩基性液体は COXNUMX と結合して反応し、炭酸塩または重炭酸塩を形成します。
炭酸塩や重炭酸塩に閉じ込められた CO2 を、エンジニアは液体から分離して、プラスチックや炭酸飲料などの製品に変えることができます。これらの炭酸塩や重炭酸塩をさらに処理すれば、家庭や、場合によっては飛行機を動かす燃料としても使用できます。一方、基本的な液体はチャンバーに戻り、さらに CO2 を捕捉します。
この解決策は、炭素を捕捉し、それをアップサイクルしてさらに使用するという完璧な仕組みのように思えますが、問題が存在します。
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当初の解決策の問題点
問題は炭酸塩や重炭酸塩が 分離されている 液体から閉じ込められた CO2 を放出するには、炭酸塩と重炭酸塩の溶液を少なくとも 900˚C (1,652° F) まで加熱する必要があります。 この 太陽光や風力などの再生可能エネルギー源では達成できない温度です。したがって、この温度を達成するには、天然ガスや純粋なメタンなどの化石燃料を燃焼させる必要があります。
このキャッチについて話している間 システム内に隠された、 ウィルソン・スミス化学生物工学科教授であり、 再生可能エネルギー・持続可能エネルギー研究所 コロラド大学ボルダー校の教授は、本質的に問題を要約して次のように述べました。
「二酸化炭素を回収するために二酸化炭素を放出しなければならないとしたら、二酸化炭素回収の目的そのものが台無しになってしまいます。」
よかったのは、研究者たちが目の前の課題以上のことをしてくれたことだ。彼らはシステムの欠陥を指摘するだけでなく、矛盾を解消できる代替案も提案してくれた。
本来の解決策の代替治療法
研究者たちは、この問題を解決するためにリアクティブキャプチャプロセスを導入することを提案しました。ただし、リアクティブキャプチャプロセスの従来の領域を調整することを推奨しました。
従来の反応回収とは、炭酸塩溶液と重炭酸塩溶液に電気を流し、チャンバー内の CO2 と塩基性液体を分離するプロセスを指します。これは、リサイクルされた液体の形でより多くの CO2 を回収できる閉ループ システムとも呼ばれます。
しかし、このケースでは、研究者たちは欠点に気付きました。工業環境では、基本液体を再生して空気からより多くの CO2 を回収するには、電力では不十分であることがわかりました。元の形式では非常に非効率的なプロセスであり、炭素回収と再生を 2 回繰り返した後では、基本液体は空気から COXNUMX をほとんど回収できなくなります。
研究者たちは、解決策としてプロセスに電気透析を追加することを提案しました。この方法には複数の利点があります。まず第一に、再生可能電力で稼働できることです。さらに、より多くの水を酸性イオンと塩基性イオンに分解できるため、塩基性液体のCO2吸収能力を維持できます。ウィルソン・スミス氏は、このチームの成果を「一つの技術で複数の問題を解決する」と表現しましたが、まさにその通りです。
研究者の仕事は、新しいソリューションを発明し、既存のソリューションを微調整して効率を高めることですが、企業や事業体にも責任があり、多くの企業がその責任を果たすことに成功しています。以下のセグメントでは、 この分野で革新的で効率的なソリューションを生み出した企業がいくつかあります。
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#1。 黒鉛
Graphyteは、耐久性、手頃な価格、そして即時拡張性を備えた世界初かつ唯一の二酸化炭素除去ソリューションとして位置づけられています。耐久性に関しては、Graphyteは1000年以上にわたり二酸化炭素を除去できると主張しています。
手頃な価格という点では、同社は100トンあたりXNUMXドル未満の平準化生産コストでソリューションを提供している。 の三脚と 同社は、拡張性に関して、数十億トンの炭素を除去できるレベルまで拡張できると主張している。
グラファイトの具体的な方法 木材や農業活動からの残留物など、容易に入手可能なバイオマスを活用するカーボンキャスティングのアプローチを採用しています。グラファイトは、このバイオマスを乾燥させて圧縮し、高密度のカーボンブロックに変えます。これらのブロックには、最先端の地下施設で安全に保管できるように、環境に安全な不浸透性バリアが付属しています。
Graphyte の手法について、同社の創設者兼 CEO である Barclay Rogers 氏は次のように語っています。
「カーボンキャスティングは、自然が効率的にCO2を捕獲し、それを工学技術を活用して気候に適した期間貯留することを可能にします。これはどこでも実行可能なソリューションであり、市場に変革をもたらし、さらに重要なことに、地球を救うことに貢献するでしょう。」
カーボンキャスティングは、バイオマスに捕捉された炭素のほぼすべてを維持でき、エネルギー消費もほとんどありません。これは、光合成と実用的なエンジニアリングを組み合わせた、低コストでありながら耐久性のある炭素除去プロセスです。
グラファイトの潜在能力は、投資家コミュニティからの信頼と信用を獲得するのに役立ちました。 シリーズA資金調達ラウンド 総額30万ドル。 このラウンドはPrelude VenturesとCarbon Direct Capitalが共同で主導し、Breasable Energy VenturesやOvertureなどの既存投資家からの出資も含まれている。
Graphyte のような株式出資による革新的なベンチャー企業が新時代のソリューションを携えて登場する一方で、Linde のように吸着ベースの炭素回収と二酸化炭素回収に取り組んでいる定評のある上場企業も存在します。
#2。 リンデン
その HISORP® CC 吸着ベースの炭素回収ソリューションリンデ社の炭素回収ポートフォリオに新たに加わったこの技術は、実績のある圧力スイング吸着 (PSA) 技術と膜技術を補完するものです。
HISORP CC ソリューションは、広範囲の CO2 供給濃度にわたってプロセスガスから CO2 を分離します。 圧力スイング吸着 (PSA)、極低温分離、圧縮など、複数の Linde テクノロジを活用して、99% 以上、正確には 99.7% の捕捉率を実現します。
このソリューションの最大の利点の 1 つは、再生可能な資源から得られるエネルギーで稼働することです。再生プロセスでは蒸気は不要で、二酸化炭素排出量を最小限に抑えることができます。
さらに、HISORP CCは、特定のエネルギー消費率が最小限で、CAPEXとOPEXが低い技術であり、溶媒管理、補給、 の三脚と 取り扱い。
Linde は、この技術が幅広い互換性と包括性を維持していることを保証し、蒸気メタン改質 (SMR)、自動熱改質 (ATR)、部分酸化 (POX)、ガス化など、Linde のあらゆるソリューションと組み合わせることができるようにしました。この技術は、水素生産量が増加した場合でも、SMR、POX、ATR の既存および新規プラントへの統合に役立ちます。
2023年、リンデは世界有数の産業ガスおよびエンジニアリング会社として、 売上高33億ドル.
企業がそれぞれの目標に取り組んでいる一方で、企業と研究機関の間では相互に学び、交流が行われます。最後のセクションでは、炭素回収をより効果的かつ効率的にすることで、炭素回収の未来を変える可能性のあるこの分野の技術研究について考察します。
炭素回収の未来: 変革の可能性を秘めたツール
2024年XNUMX月、研究者グループが、 吸着剤による炭素回収の加速彼らはこのプラットフォームを「PrISMa」と名付けました。これは「Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials」の略です。
このプラットフォームは、炭素回収技術の大規模な導入をより炭素効率の高いものにしようと試みた。分散した構成要素とそれを実行する人々をひとつの傘下にまとめることを強調した。
これまで化学者は材料設計に、エンジニアはプロセスの最適化に注力していましたが、PrISMa プラットフォームは材料、プロセス設計、技術経済学、ライフサイクル評価を統合しました。このプラットフォームは、さまざまな技術を使用して、世界 60 地域でさまざまな発生源から CO2 を回収する 5 件以上のケース スタディを比較しました。
その後、同時に、さまざまな関係者に技術、プロセス構成、場所の費用対効果に関する情報を提供しました。また、最高の性能を発揮する吸着剤の分子特性を明らかにし、環境への影響、相乗効果、トレードオフに関する実用的な洞察を提供しました。最終的な成果は、研究の初期段階で関係者を団結させ、ネットゼロの世界に向けた競争の中で炭素回収技術の開発を加速することを目指しました。
PrISMaの開発を担当した科学者EPFL の Berend Smit 氏とヘリオットワット大学の Susana Garcia 氏は、この手法の実際の有用性について非常に楽観的です。 ベレンド・スミット教授は次のように述べています。
「この革新的なアプローチは、従来の試行錯誤の手法を超え、炭素回収のための最高性能の材料の発見を加速します。」
PrISMa は将来的に大きな可能性を秘めています。実験データと分子シミュレーションを使用することで、潜在的な吸着材の吸着特性を予測することができます。
最終的には、開発者コミュニティが情報に基づいた選択を行えるようになるでしょう。PrISMaのプロセス層特性は、科学者が純度、回収率、エネルギー要件などのプロセス性能パラメータを計算するのを支援することで、炭素回収ソリューションの性能を測定およびベンチマークすることを可能にします。
あらゆる科学的・技術的ソリューションの成否を左右する重要なパラメータの一つは、その経済的実現可能性です。Prismaは、炭素回収プラントの経済的・技術的な実現可能性を評価することができます。さらに、プラントのライフサイクル全体にわたる環境への影響を評価し、包括的な持続可能性を確保します。
全体として、PrISMa はまさに革命的、あるいは変革的です。
私たちは、広く採用されている解決策から議論を始めました。 発見された 不十分で自滅的であると考えられてきました。現在、PrISMaが科学界の手に渡ることで、環境効率が高く、拡張性があり、費用対効果の高いソリューションを、導入初日から考案することが可能になります。
