Non-equilibrium CO2 reduction by plasma catalysis: fast synthesis of methanol

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18615
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Nozaki Tomohiro 東京工業大学, 工学院, 教授 (90283283)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: プラズマ化学 / プラズマ触媒 / カーボンリサイクル / 炭素循環 / カーボンニュートラル / 二酸化炭素 / メタノール / メタン

Outline of Final Research Achievements

Vibrational excited CO2 using nonthermal plasma was found to accelerate the formation of carbonate or formate on the catalyst. In order to convert the intermediate species to methanol, we developed a Ni alloy catalysts (NiM/Al2O3: M = Zn, Ga, In) that can be alloyed with various elements to convert CO2 into methanol while maintaining the high activity of Ni for CO2 conversion. We screened highly active alloy catalysts for high-speed synthesis of methanol. In NiGa, not only low-temperature activation for CO2 conversion rate but also methanol selectivity was successfully increased at low temperature by nonthermal plasma application where methanol selectivity reached about 30%. It was demonstrated that plasma not only enhances reaction activity but also controls reaction selectivity.

Free Research Field

プラズマ化学，熱工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

化学反応プロセスの多くは熱エネルギーの大量消費のうえに成り立っており，革新的な省エネルギー，環境負荷低減を実現するうえで大きな改善が要求されている。本研究では，プラズマによって振動励起されたCO2が水素化される触媒反応を実現し，CO2からメタノール（CH3OH）を高速合成するプラズマ触媒反応の基盤となる合金触媒の開発に成功した。この技術を用いることにより，再生可能エネルギーを用いた電子駆動触媒反応制御が可能となり，熱エネルギー利用から脱却したCO2利用技術および低炭素社会の早期実現に貢献することができる。