名古屋大学ら、柔軟性MOFでCO2の連続分離を実証、純度95%以上で回収

名古屋大学は、群馬大学、日本製鉄と共同で、構造が変わる材料によるCO2(二酸化炭素)の連続分離を実証したと発表した。提供資料に発表日の記載はない。

何が実証されたのか

研究チームは、計算で有効性が予測されていた柔軟性MOFを使い、実際に分離装置を構築した。MOFは、金属イオンと有機分子が規則的につながり、内部に微細な孔を持つ材料だ。柔軟性MOFは、ガスの吸着や圧力などの変化に応じて結晶構造が変わる。

採用した分離方法はVPSA(圧力によるガスの吸着量の違いを使う分離方法)だ。吸着とは、ここでは材料にガスがくっついてとどまることを指す。名古屋大学によると、柔軟性MOFを使ったVPSAの連続CO2分離試験で、世界初の成功だという。

かんたんに言うと、圧力で開く小さな扉

今回使った材料はELM-11だ。CO2圧力が一定値に達すると孔が開き、CO2を吸着する。身近なたとえなら、圧力が条件を満たしたときに開く、小さな扉を持った材料と考えると分かりやすい。

VPSAでは、高圧でガスを材料に吸着させる。その後、真空まで圧力を下げてガスを回収し、吸着材を再び使える状態に戻す。ガスを取り込む段階と取り出す段階を、圧力の変化で切り替える仕組みだ。

材料そのものの性質だけでなく、その性質に合わせて装置をどう動かすかも研究の対象となった。

模擬ガスで純度と繰り返し運転を確認

実験に使ったのは、火力発電所などの燃焼排ガスを模した、CO2濃度10%の混合ガスだ。名古屋大学によると、4工程のVPSAで純度95%以上のCO2を回収した。さらに、100サイクルを超える繰り返し運転でも性能は安定していたとしている。

ここで区別したいのは、投入した混合ガスのCO2濃度と、回収したガスの純度だ。10%は分離する前、95%以上は回収後のCO2の割合を表す。結果は、燃焼排ガスを模した混合ガスを使って得られたものだ。

研究チームは、柔軟性MOF特有の吸着の振る舞いを利用した運転条件の設計指針も提案した。研究論文の掲載誌は「Energy & Fuels」だ。

まとめ

今回の成果は、計算で予測されていた柔軟性MOFの有効性を、実際の分離装置で確かめた点にある。提案された運転条件の設計指針が、CO2回収の実用化を検討する手がかりになる可能性がある。