二酸化炭素（CO2）をメタンに変換する方法

二酸化炭素（CO2）をメタンに変換する方法が開発されたようです。
それにより、ガスの販売価格を下げることに成功したようです。

By streamlining a longstanding process in which CO2 is converted to methane, the researchers’ new method reduces the materials needed to run the reaction, the energy needed to fuel it and, ultimately, the selling price of the gas.

参照元：https://www.pnnl.gov/news-media/making-methane-co2-carbon-capture-grows-more-affordable
– パシフィック・ノースウェスト国立研究所 Pacific Northwest National Laboratory. September 2, 2021 –

米国エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所の研究者たちは、二酸化炭素の回収をより安価にするために、回収した二酸化炭素（CO2）を天然ガスの主成分であるメタンに変換する方法を開発しました。

CO2をメタンに変換する長年のプロセスを効率化することで、反応に必要な材料、燃料に必要なエネルギーを削減し、最終的にはガスの販売価格を下げることに成功しました。

このプロセスを可能にしているのは、EEMPAと呼ばれる重要な化学物質です。

EEMPAはPNNLが開発した溶剤で、発電所の排ガスからCO2を取り込み、温室効果ガスを結合させて、有用な化学物質に変換できるようにします。

今年初め、PNNLの研究者たちは、発電所でEEMPAを使用することにより、二酸化炭素回収の価格を標準的な産業コストよりも19％低くすることができると発表しました。

これは、二酸化炭素回収の文書化された最低価格です。

今回、2021年8月21日（金）にChemSusChem誌に掲載された研究で、研究チームは、さらにコストを下げるために、安価な天然ガスという新たなインセンティブを明らかにしました。

従来のメタンガス変換方法と比較して、この新しいプロセスでは、初期投資が32％少なくて済み、運転・保守費用も35％少なくて済みます。

また、運転・保守費用も35％安く、合成天然ガスの販売価格も12％安くなります。

炭素回収におけるメタンの役割

CO2をメタンに変換する方法は古くから知られています。

しかし、その多くは高温を必要とするため、商業的に普及させるにはコストがかかりすぎます。

メタンは、地質学的な生産に加えて、再生可能なCO2やリサイクルされたCO2を原料として生産することができ、燃料や水素のエネルギーキャリアとして利用することができます。

PNNLの化学者であるJotheeswari Kothandaraman氏は話します。

「メタンは温室効果ガスであり、サプライチェーンの管理には注意が必要ですが、家庭用から工業用までさまざまな用途があります。」

「現在、米国で使用されている天然ガスの大部分は、地中から汲み上げなければならず、気候変動の緩和策のもとでも、需要は長期的に増加すると予想されています。このプロセスで生成されるメタンは、廃棄物であるCO2と再生可能な水素を使用しており、再生可能な成分を含み、二酸化炭素の排出量が少ない天然ガスを求める電力会社や消費者にとって、代替となる可能性があります。」

コストの算出と炭素の回収

EEMPAを使ってCO2をメタンに変換する方法を検討するために、Kothandaraman氏らはこの反応の分子構造を研究し、次に550メガワットの発電所でこのプロセスを大規模に実行した場合のコストを評価しました。

従来、発電所の運転員は、煙突から排出される前に煙道ガスを消す特殊な溶剤を使ってCO2を回収していた。しかし、従来の溶剤は含水率が高く、メタンへの転換が困難でした。

EEMPAを使用することで、この反応に必要なエネルギーを削減することができます。

これは、EEMPAがCO2を溶解しやすくすることで、変換に必要な圧力が少なくて済むことが一因です。

さらに、EEMPAで回収したCO2を現場でメタンに変換することで、さらなるコスト削減が可能になるとしています。

従来、CO2は水を多く含む溶媒から除去され、サイト外に送られて変換されたり、地下に貯蔵されたりしていました。

新しい方法では、回収したCO2を再生可能な水素と触媒と混合して単純なチャンバーに入れ、従来の方法の半分の圧力で加熱してメタンを作ることができます。

この反応は効率的で、回収したCO2の90％以上がメタンに変換されますが、最終的な温室効果ガスの排出量は、メタンが何に使われるかによって異なると著者は述べています。

また、EEMPA社では、排ガス中のCO2の95％以上を回収しています。

また、新プロセスでは余剰熱も発生するため、発電用の蒸気を供給することもできます。

CO2からより多くのものを作る

今回の論文で紹介された化学プロセスは、回収したCO2を他の有用な化学物質を製造するための原料として利用するための、数ある方法の中の1つであるとKothandaraman氏は述べています。。

「このプロセスをメタンと同じように効率よくメタノールに応用できたらうれしいですね。それが私の長期的な目標です。」

Kothandaraman氏は、CO2からメタノールを製造するための触媒反応を10年ほど前から研究しており、メタノールはメタンよりも多くの用途があるそうです。

また、回収したCO2からプラスチックを作ることも、研究チームが計画していることのひとつです。

SoCalGas社の先端技術開発マネージャーであるロン・ケント氏は話します。

「CO2を回収するだけでなく、価値のある利用方法を見つけることが重要です。この研究は、廃棄されるCO2から価値のあるものを作るための、費用対効果の高い方法を提供しています。」

この研究「Integrated Capture and Conversion of CO2 Using a Water-lean, Post-Combustion CO2 Capture Solvent」は、SoCalGas社と米国エネルギー省のTechnology Commercialization Fund and Office of Scienceの支援を受けて行われました。

Kothandaraman氏のほか、PNNLのJohnny Saavedra Lopez氏、Yuan Jiang氏、Eric D. Walter氏、Sarah D. Burton氏、Robert A. Dagle氏、ワシントン州立大学と共同研究を行っているDavid J. Heldebran氏tが執筆しています。