新しい直接空気回収法により、世界はネットゼロ炭素排出の達成にまた一歩近づくことができる

ライス大学の革新的なエンジニアのチームは、最新の開発により二酸化炭素回収業界で大きなマイルストーンを達成しました

A team of innovative engineers from Rice University has achieved a major milestone in the carbon capture industry with their latest development that could revolutionize the market. The researchers successfully created an electrochemical reactor that can enhance carbon capture from the atmosphere with unmatched efficiency and no harmful byproducts. Here's how this new direct air capture method could make the world one step closer to achieving net-zero carbon emissions in the future.

ライス大学の革新的なエンジニアのチームは、市場に革命をもたらす可能性のある最新の開発により、二酸化炭素回収業界で大きなマイルストーンを達成しました。研究者らは、比類のない効率で有害な副生成物を発生させずに大気からの炭素回収を強化できる電気化学反応器の作成に成功した。この新しい直接空気回収方法により、世界が将来的に炭素排出実質ゼロの達成にどのように一歩近づくことができるかについて説明します。

Emissions Reach New Heights Resulting in Climate Disasters

排出量が新たな高みに達し、気候災害を引き起こす

A report published in BioScience studying the current state of the climate found that the world is “on the brink of an irreversible climate disaster.” The same study showed that fossil fuel emissions have increased to an all-time high. This growth was highlighted by the fact that the 3 hottest days ever occurred in July of 2024. Additionally, the sea surface temperatures hit new records in 2024 in multiple regions.

『BioScience』誌に掲載された、気候の現状を研究した報告書によると、世界は「取り返しのつかない気候災害の瀬戸際」にあることが判明した。同じ研究では、化石燃料の排出量が史上最高値にまで増加していることが示されました。この成長は、2024 年 7 月に史上最も暑い 3 日が発生したという事実によって強調されました。さらに、海面水温は 2024 年に複数の地域で新記録を達成しました。

All of this climate data points to the undeniable fact, that it's time for governments to take the initiative. Thankfully there are several approaches they have as options. Driving sustainability and renewability is at the core of this approach. From pushing for more EVs and alternative energy sources to taxing wasteful manufacturers, there are solutions worth following.

これらの気候データはすべて、政府が率先して行動する時期が来たという否定できない事実を示しています。ありがたいことに、オプションとしていくつかのアプローチがあります。持続可能性と再生可能性を推進することが、このアプローチの中核です。より多くのEVや代替エネルギー源の推進から、無駄を浪費する製造業者への課税まで、従う価値のある解決策があります。

Notably, there isn’t one option that can solve this problem. People will need to change their habits alongside technological advancements to achieve victory. One such tech, Carbon capture, usage, and storage (CCUS) is seen as one of the best ways to help achieve these goals.

注目すべきは、この問題を解決できる選択肢が 1 つもないということです。人々は勝利を得るためにテクノロジーの進歩とともに習慣を変える必要があるでしょう。そのようなテクノロジーの 1 つである二酸化炭素回収・利用・貯留 (CCUS) は、これらの目標を達成するための最良の方法の 1 つとみなされています。

Direct Air Capture – Current Methods

直接空気捕捉 - 現在の方法

Reducing carbon emissions is a priority for environmentalists globally. Notably, direct air capture is the most popular method of removing CO2 from the atmosphere. There are several ways that this process can be initiated. However, they all require the use of dangerous chemicals that leave byproducts, or an intense amount of energy is required to complete the extraction process.

二酸化炭素排出量の削減は、世界中の環境活動家にとっての優先事項です。特に、直接空気回収は、大気から CO2 を除去する最も一般的な方法です。このプロセスを開始するにはいくつかの方法があります。ただし、それらはすべて、副産物を残す危険な化学物質の使用を必要とするか、抽出プロセスを完了するために大量のエネルギーを必要とします。

The most popular methods use chemicals to bond carbon and oxygen atoms in the gas molecules to other compounds in purpose-selected liquids. The CO2 is introduced via a mixed gas stream of varying degrees and strengths to trap the dioxide molecules in the liquid. Once contained in the solutions, the CO2 extraction process begins.

最も一般的な方法は、化学薬品を使用して、ガス分子内の炭素原子と酸素原子を、目的に選択された液体内の他の化合物に結合させます。 CO2 はさまざまな程度と強さの混合ガス流を介して導入され、液体中の二酸化分子を捕捉します。溶液に含まれると、CO2 抽出プロセスが始まります。

The extraction process is the most energy-intensive part of the procedure. Depending on the gas options it can require multiple steps and highly specialized locations. The most common methods of extracting CO2 from the solvents involve heat, chemical reactions, or electrochemical processes. Additionally, the type of solvent used dictates the intensity and effectiveness of this approach.

抽出プロセスは、手順の中で最もエネルギーを消費する部分です。ガスのオプションによっては、複数の手順と高度に専門化された場所が必要になる場合があります。溶媒から CO2 を抽出する最も一般的な方法には、熱、化学反応、または電気化学プロセスが含まれます。さらに、使用される溶媒の種類によって、このアプローチの強度と有効性が決まります。

Amine-based Sorbents

アミン系吸着剤

The most popular solution used for carbon capture is Amine-based sorbets. This solution is effective at trapping CO2 without using a lot of energy. However, the solution is unstable and toxic, resulting in additional risk and storage costs following the process.

炭素回収に使用される最も一般的なソリューションは、アミンベースのシャーベットです。このソリューションは、多くのエネルギーを使用せずに CO2 を効果的に捕捉します。ただし、この溶液は不安定で有毒であるため、プロセス後に追加のリスクと保管コストが発生します。

Sodium and Potassium Hydroxide

水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム

Scientists have also introduced a less toxic approach that utilizes Sodium or potassium hydroxides as the trapping solvent. This strategy provides solid bonds between the CO2 and solvent atoms. The problem is that the bonds are so strong they require an enormous amount of heat to break, releasing the carbon. As such, this method is expensive and requires a lot of specialty equipment.

科学者は、捕捉溶媒として水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムを利用する、毒性の低いアプローチも導入しています。この戦略により、CO2 と溶媒原子の間に強固な結合が形成されます。問題は、結合が非常に強力であるため、破壊して炭素を放出するには大量の熱が必要になることです。そのため、この方法は高価であり、多くの特殊な機器が必要です。

Direct Air Capture PSE Reactor Study

直接空気捕捉 PSE 反応炉の研究

Recognizing the limitations of these technologies and the clear demand for a more sustainable and easier-to-integrate solution. RICE University engineers went to work creating the first room temperature direct air capture device. The team published their findings in Nature Energy.

これらのテクノロジーの限界と、より持続可能で統合が容易なソリューションに対する明確な需要を認識しています。 RICE 大学のエンジニアは、最初の室温直接空気捕捉装置の作成に取り組みました。研究チームはその結果を Nature Energy に発表しました。

Source – RICE University

出典 – RICE大学

The report introduces the PSE (Porous Solid Electrolyte) reactor. This electrochemical regeneration device relies on electrical energy to separate carbon from the air rather than heat or other more expensive methods. The reactor described integrates a porous solid electrolyte layer, enabling researchers to optimize electrical inputs. These inputs dictate ion movement and mass transfer, ushering CO2 molecules away using current rather than chemicals.

このレポートでは、PSE (多孔質固体電解質) リアクターを紹介します。この電気化学的再生装置は、熱やその他のより高価な方法ではなく、電気エネルギーに依存して空気から炭素を分離します。記載されているリアクターには多孔質固体電解質層が組み込まれており、研究者が電気入力を最適化できるようになります。これらの入力はイオンの移動と物質移動を決定し、化学物質ではなく電流を使用して CO2 分子を運び出します。

Direct Air Capture PSE Reactor Test Results

直接空気捕捉 PSE リアクターのテスト結果

The reactor successfully proved it could remove CO2 without the need for heat. Its modular three-chambered structure allows the reactor to separate alkaline absorbent in one and high-purity carbon dioxide in the other. The team found that the reactor could selectively split NaHCO3/Na2CO3 solutions with 90% capture capacity. Impressively, the reactor only required a tiny amount of energy and proved to be resilient across different mixtures.

この反応器は、熱を必要とせずに CO2 を除去できることを証明することに成功しました。モジュール式 3 室構造により、反応器は一方の室でアルカリ性吸収剤を分離し、もう一方の室で高純度二酸化炭素を分離できます。研究チームは、この反応器が 90% の捕捉能力で NaHCO3/Na2CO3 溶液を選択的に分割できることを発見しました。印象的なことに、この反応器はほんの少量のエネルギーしか必要とせず、さまざまな混合物に対して回復力があることが証明されました。

Hydrogen Generation

水素の生成

The report also found that the process can be used to cogenerate hydrogen. Hydrogen fuel is already in use to power a variety of items, heat homes, and much more. Hydrogen fuel cells can cleanly and efficiently produce electricity. It makes sense to add them to the team's overall goal of driving sustainability to new heights.

この報告書では、このプロセスを水素のコージェネレーションに使用できることも判明しました。水素燃料は、さまざまな物品の動力や家庭の暖房などにすでに使用されています。水素燃料電池はクリーンかつ効率的に電気を生成できます。持続可能性を新たな高みに引き上げるというチームの全体目標に彼らを加えることは理にかなっています。

Benefits the Direct Air Capture PSE Reactor Brings to the Market

ダイレクトエアキャプチャー PSE リアクターが市場にもたらす利点

This research brings a lot of benefits to the table. For one, the entire project relies on already available and tested technologies. This strategy makes the venture more practical. It’s easier to integrate, train new users, and innovate the process, as products like

この研究は多くの利益をもたらします。 1 つは、プロジェクト全体がすでに利用可能でテスト済みのテクノロジーに依存していることです。この戦略により、この事業はより現実的なものになります。次のような製品のように、新しいユーザーの統合、トレーニング、プロセスの革新が簡単になります。