排ガスからCO2を分離させる３つの方法

皆さんこんにちは、miitaです。

前回のコラムでは、質量保存の法則によって地球外の宇宙空間に捨ててしまわない限り、減らすことのできないCO2を、炭素資源ととらえて様々な用途に再利用しようという取り組みである、「カーボンリサイクル」について説明しました。

今回は、カーボンリサイクルの実際の仕組みについて説明したいと思います。

カーボンリサイクルは「排出されたガスからCO2を分離・回収する技術」、そして「回収したCO2を資源として利用する技術」の二つが必要となります。

CO2を分離・回収する方法

プラスチックを生成する際に発生する気体の中には、CO2以外にも様々な気体が含まれています。まずはその混じった気体の中からCO2のみを回収する方法をいくつか紹介します。

①アミン吸収法

アミン吸収法はアミンという化学物質を利用してCO2を分離します。アミンはCO2と結合しやすく、アミンを溶かした水溶液を使用して気体の中からCO2を吸収します。そして、CO2を吸収したアミンを120℃に加熱すると、CO2が分離する性質があるためそれを利用して、CO2のみを回収することが可能です。

ただし、この方法は加熱の過程で大量のエネルギーが必要となるため、コストの増加が課題となっていて、回収エネルギーがより小さいCO2吸収液の開発が進められています。

②物理吸着法

物理吸着法は、ゼオライト(粘土鉱物)等の多孔物質(細かい孔がたくさん開いている物質)が持っている物理的な吸着作用を利用してCO2を分離させます。

温度や圧力の変化によって吸脱着を繰り返すため、吸着剤を再利用できます。分離回収に要するエネルギーが小さく、設備を小型化できると期待されているそうです。

多孔物質の種類によっては、水との親和性が高いため、水蒸気を含むガスの場合は分離のコントロールが難しくなるのが課題となっている。

③膜分離法

膜分離法は、CO2を選択的に透過する膜の特性を活かしてCO2を分離します。プロセスがシンプルなため、エネルギー消費が少なく、設備も小型化できると期待されていますが、ガスの組成によってはCO₂より分子の小さい気体が混じってしまい、回収したCO₂の純度に問題が出る可能性があります。そして、分離膜は膜内外の分圧差を駆動力とするため、供給側のCO₂濃度(分圧)が下がると回収効率も下がっていく、など課題もあります。

まとめ

CO2の分離回収には様々な方法があり、そのひとつひとつに課題が残っているのが現状です。しかし、いま世界では天然ガス精製などの高圧でCO2濃度の高い排ガスを主な対象とした大規模プロジェクトが進行していたり、日本でもCO₂吸収のための高性能な素材開発などを行っているなど、カーボンニュートラル達成に向けて様々な取り組みが進んでいます。

次回は分離回収したCO2をどのように資源として再利用していくのかについてまとめたいと思いますので、お楽しみに！

参考：カーボンリサイクルとは？メリット・デメリットと日本の現状・課題、企業の取り組み例、経済産業省-資源エネルギー庁「カーボンリサイクルについて」