Direct CO2 capture from air using ionic liquid-based accelerated transport membranes

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23KF0006
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡邉 賢 東北大学, 工学研究科, 教授 (40312607)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): YU GANGQIANG 東北大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2023-04-25 – 2024-03-31
• Keywords: CO2 / 水素化 / ギ酸 / イオン液体 / 触媒

Outline of Annual Research Achievements

二酸化炭素（CO2）は、気候変動を引き起こす主な温室効果ガスであり、温室効果ガス排出量の約3/4を占めている。廃棄物の流れに含まれるCO2の濃度は、空気中の約400ppmから、排ガス（燃焼排ガス）中の90％まで様々である。現在、吸収、吸着、極低温、膜分離などのCO2回収技術は、ほぼ純粋なCO2を生産することができるが、輸送や最終利用のために調整されるため、かなりの経済的・エネルギー的コストがかかる。CO2は、触媒作用により、環状（ポリ）炭酸塩、CO、ギ酸（FA）、メタノール、炭化水素（燃料）など、多種多様な価値ある製品に変換することができ、必要なCO2純度は95％～99％の範囲で変化する。CO2回収と変換プロセスの統合により、回収したCO2を直接利用することが可能になり、エネルギー集約的なCO2脱着・圧縮工程を省くことができる。CO2水素化としてギ酸（FA）へと変換する反応を考える、令和5年度は基礎的な実験検討をした。具体的には，DMSO（Dimethylsulfoxide）とH2Oの混合溶媒に対して，イオン液体および触媒を添加し，混合ガスをCO2，H2の順で導入した後に所定温度まで加温することで進めた．混合溶媒中のH2O濃度は5 vol%とした．イオン液体には[bmim][Ac]（1-butyl-3-methylimidazolium acetate）を用い，仕込み量を 1 mmol～6 mmolに変化させた．触媒にはルテニウム系触媒であるRu3(CO)12を5 mg添加した．混合ガスは室温仕込み時の全圧を2.0～8.0 MPaとし，いずれも等物質量となるように導入し，昇温後の圧力を実験圧力として記録した．実験温度は40 ～100 °Cとし，反応時間は27～72 hとした．NMR分析した結果、FAが検出できた。現在、結果をとりまとめ、報告の準備をしている。