グリーンプロパン生産で炭素循環を終わらせる

科学技術

過去 3 世紀にわたって、特に 18 世紀後半から 19 世紀の産業革命以来、人間の活動により、地球の大気中の温室効果ガスのレベルが大幅に増加しました。 主な原因は、化石燃料の消費、工業プロセス、森林破壊、廃棄物管理です。

これに応えて、米国は2030年までに温室効果ガス排出量を2005年のレベルから50～52％削減することを目指している。この取り組みは、2050年までに温室効果ガス排出量ネットゼロを達成するという世界的な取り組みと一致している。米国の二酸化炭素（CO2）排出量の半分を占めており、これらの分野での解決策を見つけることが不可欠です。

Nature Energy に掲載された論文の中で、ペンシルベニア大学、イリノイ工科大学、イリノイ大学シカゴ校の研究者らは、CO2 排出をよりクリーンでより多くのエネルギーであるプロパン (C3H8) に変換できるシステムを開発しました。濃厚な燃料源。

「CO2の電気化学変換は、再生可能エネルギーを貯蔵し、人為的炭素循環を終わらせることで、将来のエネルギー需要を満たすことができます」と共著者であるペンシルバニア大学芸術科学部のアンドリュー・ラッペ氏は言う。 「この研究は、エネルギー貯蔵の課題に取り組み、CO2レベルを有意義に削減する新しいソリューションへの道を開きます。」

「化学物質の製造を再生可能にすることは非常に重要です」と共著者であるイリノイ工科大学のモハマド・アサディ氏は言う。 「現在私たちが毎日使用している化学物質を失わずに炭素循環を終わらせる最善の方法です。」

銅は伝統的に、環境への影響を抑制し、新しいエネルギー貯蔵ソリューションを提供するために、CO2を貴重な化学物質や燃料に変換する効率的な方法を研究する研究者にとって頼りになる元素でした。 しかし、生成される燃料はメタンのような低エネルギー密度の単一炭素化合物でした。

「化学変換プロセス全体を通じて多くの中間体が形成されるため、C3H8 のようなエネルギー密度の高いマルチカーボン製品を入手することは依然として課題です」と、論文の共同筆頭著者であり、The Rappe Group の元ポスドク研究員である Zhen Jiang 氏は説明します。 「さらに、多炭素分子に対する材料の選択性を高めるほとんどの戦略は、エネルギー的にコストがかかる傾向があります。」

Jiang 氏によると、チームは銅などの既存の触媒、および多炭素生成物に対する適度な選択性や反応速度の遅さなどを超える方法を模索し、触媒システムにイオン液体 (IL) を追加する方法を研究したとのことです。 これにより、研究チームは触媒材料としてリン化三モリブデン (Mo3P) に注目するようになりました。

「理論的シミュレーションに基づいて、IL 層が Mo3P 触媒表面での反応中に CO2 とその後の基の付着を強化し、表面に沿ったさまざまな部位で中間体を安定化させ、91% という比類のない効率で C3H8 を生成できることがわかりました。」 」とジャン氏は言います。

研究チームはまた、この重要な発見が、電極触媒システムにおける材料間の関係を探索するための新しいパラダイムにつながったと指摘しています。

「従来、固体触媒と、反応全体を通してイオン移動を橋渡しする水溶液は、界面での相互促進が少なく作用していました」と Jiang 氏は言います。 「しかし今では、固体触媒上にILコーティングなどの技術を介してハイブリッドアプローチを適用し、触媒の微小環境に関する新たな理解に基づいて、以前に試行されたシステムを再検討することができます。」

今後、研究者らはこの研究を 2 つの方法で発展させる予定です。1 つは、イオン液体のカタログと、燃料生成触媒やその他の電気化学システムにおけるその有効性を開発することです。 2 つ目は、CO2 を燃料ガスからより多くの炭素原子を含む軽油まで、よりエネルギー密度の高い燃料源に変換するための新しい触媒を研究することです。

ラッペ氏は、「この研究をより高重量の炭化水素に拡張すると、以前の燃料燃焼で生成された CO2 から直接天然ガス、プロパン、ガソリン、さらにはジェット燃料が生成され、炭素循環を終わらせることができる可能性があります。」 このようにして、同じ炭素原子が繰り返しエネルギーを蓄え、それらを大気中に放出することはありません。」