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Aug 23, 2023

海水から二酸化炭素を取り出す方法

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地球の大気中に二酸化炭素が蓄積し続ける中、世界中の研究チームは空気中から二酸化炭素を効率的に除去する方法を模索してきました。 一方、大気中からの二酸化炭素の世界最大の「吸収源」は海洋であり、人間の活動によって生成される全ガスの約 30 ～ 40 パーセントを吸収します。

最近、二酸化炭素を海水から直接除去する可能性が、二酸化炭素排出量を軽減するためのもう一つの有望な可能性として浮上しており、いつか全体的な正味マイナス排出につながる可能性さえあります。 しかし、エアキャプチャシステムと同様に、このアイデアはまだ普及には至っていませんが、この分野に参入しようとしている企業はいくつかあります。

今回、MITの研究者チームは、真に効率的で安価な除去メカニズムの鍵を発見した可能性があると述べている。 この研究結果は今週、MIT教授のT・アラン・ハットン氏とクリパ・バラナシ氏、ポスドクのセオニ・キム氏、大学院生のマイケル・ニッチェ氏、サイモン・ルーファー氏、ジャック・レイク氏らによる論文として、エネルギーと環境科学誌に発表された。

海水から二酸化炭素を除去する既存の方法は、膜のスタックに電圧を印加して、水を分解することによって供給流を酸性化する。 これにより、水中の重炭酸塩が CO2 分子に変換され、真空下で除去できます。 ラルフ・ランドーの化学工学教授であるハットン氏は、膜は高価であり、スタックの両端で全体的な電極反応を促進するには化学物質が必要であり、プロセスの費用と複雑さがさらに増すと指摘する。 「私たちは、アノードとカソードのハーフセルに化学物質を導入する必要性を避け、できれば膜の使用を避けたかったのです」と彼は言います。

研究チームは、膜のない電気化学セルで構成される可逆プロセスを考案しました。 反応性電極は、セルに供給される海水にプロトンを放出するために使用され、水からの溶存二酸化炭素の放出を促進します。 このプロセスは循環的です。最初に水を酸性にして、溶解した無機重炭酸塩を分子状二酸化炭素に変換し、真空下でガスとして収集します。 次に、水は逆電圧で 2 番目のセルに供給され、プロトンが回収され、酸性水を海に放出する前にアルカリ性に戻ります。 一方の電極セット（酸性化中）でプロトンが枯渇し、もう一方の電極セットがアルカリ化中に再生されると、2 つのセルの役割が定期的に逆転します。

この二酸化炭素の除去とアルカリ水の再注入により、二酸化炭素の蓄積によって引き起こされ、サンゴ礁や貝類を脅かしている海洋の酸性化が、少なくとも局地的にはゆっくりと逆転し始める可能性がある、とバラナシ教授は述べている。機械工学。 アルカリ水の再注入は、生態系を破壊する可能性のある局所的なアルカリ度の急上昇を避けるために、分散した排出口を通じて、またははるか沖合で行うことができるだろうと彼らは言う。

「地球全体の排出物を処理することはできません」とバラナシ氏は言う。 しかし、場合によっては養殖場など水が酸性化しやすい場所で再注入が行われる可能性があるため、これはその影響に対抗する手段となる可能性がある。

二酸化炭素が水から除去された後も、他の​​炭素除去プロセスと同様に、それを処分する必要があります。 たとえば、海底下の深い地層に埋めたり、輸送燃料として使用できるエタノールのような化合物や他の特殊化学物質に化学的に変換したりできます。 「回収した CO2 を化学薬品や材料製造の原料として使用することを検討することは確かに可能ですが、そのすべてを原料として使用できるわけではありません」とハットン氏は言います。 「生産するすべての製品の市場がなくなるため、何としても、回収されたかなりの量の CO2 を地下に埋める必要があります。」