二酸化炭素を直接エタノールに変える触媒が、再生可能エネルギーの安定供給を実現する!?

source:https://www.ornl.gov/news/nano-spike-catalysts-convert-carbon-dioxide-directly-ethanol

アメリカのオークリッジ国立研究所の研究チームが、炭素と銅でできた小さなトゲ状の触媒を直接二酸化炭素をエタノールに変える技術を開発したという。同研究所のウェブサイトで紹介されている。さて、これができるとどうなるのだろうか？

二酸化炭素水溶液がエタノールに

「私たちは、この物質の働きを、まさに偶然発見したのです」と研究チームのAdam Rondinone氏はいう。チームは、炭素と銅と窒素でできた触媒を使用し、一定の電圧をきっかけにして酸化反応を反転させる複雑な化学反応を起こさせた。

source:https://www.ornl.gov/news/nano-spike-catalysts-convert-carbon-dioxide-directly-ethanol

すると、ナノテクノロジーを活用した触媒の力を借りて、二酸化炭素水溶液が約63%の割合で、エタノールに変わったというのだ。ちなみに、通常このタイプの電気化学反応が起こった場合にできるのは、いくつもの異なる物質が少量混ざった生成物だという。

「私たちは酸化によって生まれる廃棄物である二酸化炭素を使って、その酸化反応を逆戻しし、非常に高いレベルで分離された有益な燃料を作り出したのです」とRondinone氏はいう。「エタノールができたことは驚きでした。通常、二酸化炭素から、ひとつの触媒を使って直接エタノールを作ることは非常に難しいのです」。

ナノスケールのトゲトゲが重要

この触媒の斬新さは、そのナノスケールの構造にある。炭素のトゲに埋め込まれた銅のナノ粒子という構造だ。このナノテクスチャーという手法は、プラチナのような高価で希少な素材を必要としない。したがって、コスト的にもさまざまな触媒に応用しやすい。

この研究チームの最初の分析では、この触媒のトゲ状の表面は、『二酸化炭素からエタノール』という反応が起こりやすくなる場所を豊富に提供しているという。「これらは、50ナノメートルの避雷針のようなものです。電気化学反応は、そのトゲの先端に集中するのです」とRondinone氏は説明する。

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=t7EYQLOlwDM&w=560&h=315]

source:https://www.youtube.com/watch?v=t7EYQLOlwDM

低コストな素材を使い、常温の水で反応させることができるため、研究者たちは、この手法が産業レベルまでスケールアップさせて適用することが可能だと考えている。たとえば、風力発電や太陽光発電によって生み出された余剰電力を貯蔵することにも活用できる。

風力発電や太陽光発電は、発電量が気象条件によって左右されやすい。したがって、供給が安定しないというのがひとつの弱点だ。しかし、条件がいいときに発生する余剰電力を使ってエタノールという燃料を生成しておけば、条件がわるく、発電量が低いときに、そのエタノールを使ってエネルギーを生み出し、不足する電力を補うことができる。

研究チームは、今後、エタノールを生成できる割合を改善し、この触媒の特性をさらに詳しく知るための研究を進めていく予定だ。

風力発電や太陽光発電など、自然エネルギーの活用の課題のひとつが供給の不安定さだ。しかし、このような研究が進めば、安定供給が実現していくようになるかもしれない。今後、実用化が期待される技術だ。

【参考】

※Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol　-OAK RIDGE National Laboratory

【動画】

※Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol　-YouTube

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