アミン吸着液の電解による二酸化炭素資源化システムの開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K20481
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山口 信義 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教 (30910070)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 二酸化炭素電解還元 / アミン

Outline of Annual Research Achievements

大気中の二酸化炭素(CO2)増加に伴い、発電所などの発生源におけるCO2回収と、その還元による資源化が注目を集めている。現在、CO2は主にアミン吸着液により回収され、吸着液からの脱離を経た後に電解還元などを用いて炭化水素へ変換される。しかし、アミンを用いてCO2の吸脱着を連続的に行うためには、アミンの加熱・冷却を交互に繰り返す必要あり、１サイクルごとに大量の熱エネルギーが消費されてしまうという課題が存在する。そこで、この熱によるエネルギーロスを解決するため、CO2吸収アミンの直接電解によって回収・変換を同時に進行させるシステムの確立に向けた研究を行った。
初めに、CO2をバブリングしたアミン含有水溶液中で電解還元を行い、還元生成物の評価を行った。アミンとしては先行研究で広く用いられているモノエタノールアミン（MEA）、水溶液としては炭酸水素カリウム(KHCO3)を用い、電極は金属銅とした。この結果、生成物はほとんどが水の還元によって生じた水素であり、CO2の還元生成物である一酸化炭素(CO)は電流効率で1%以下であった。
これはCO2がアミンと強く吸着しているためであると考え、電極近傍のCO2を脱離させることを目的として電極の加熱を行った。しかし、電極の加熱によってもCOの電流効率は改善せず、やはり1%以下となっていた。電解質としてKClを用いた場合、電極として金属銀を用いた場合、MEA以外のアミン種を用いた場合などの検討も行ったが、いずれも改善は見られなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

電極自体を加熱できるような測定系はこれまで報告されていなかったため、この系の確立に時間がかかってしまった。また、アミンの加熱によりCO2の脱離が促進されるため、電極の加熱が活性改善につながると期待していたが、そのような結果は得られなかった。本研究の目的に対して、測定系がまだ最適化されていない可能性が考えられる。

Strategy for Future Research Activity

現在、吸着液の温度上昇を抑制するために反応部と気体捕集部（液冷却部を兼ねる）を分けているが、この系では発生したCOが再び液中に溶け込んでしまう恐れがある。そのため、今後は測定系を修正することでこの問題を改善するとともに、イオン液体などアミン以外の吸着液を用いた検討も並行して行う予定である。