日本產業技術綜合研究所等組成的國際研究團隊宣佈，首次開發出了無需進行初步處理即可利用比大氣中的含量還要稀薄的二氧化碳（CO2）高濃度合成城市氣體的主要原料——甲烷的技術。有助於實施從工業廢氣和大氣中回收溫室氣體二氧化碳，並將其變成有用物質加以利用的「CCU（二氧化碳捕集利用）」技術。
利用分兩個階段發揮作用的觸媒將二氧化碳轉換爲甲烷的技術概念圖（圖片由產綜研提供）
爲實施低碳社會，業界正研究利用把可以吸附二氧化碳的鈉、鉀和鈣等與鎳混合後製作的觸媒。這種觸媒能分兩個階段發揮作用，首先吸附二氧化碳氣體成分。然後添氫化，透過鎳的觸媒作用與吸附的二氧化碳發生反應，生成甲烷和水。這樣就可以從氣體中提取二氧化碳，並轉換爲有用的甲烷。以往的研究物件主要是工業領域產生的含有較高濃度二氧化碳的氣體，比如電廠的廢氣等。
因此，爲了使這種觸媒在只含有低濃度二氧化碳的大氣等環境中也能發揮作用，研究團隊對其進行了改良。利用含不同濃度二氧化碳的氣體，實施了應答觸媒性能的實驗。具體濃度爲（1）相當於工業廢氣的5～13％濃度、（2）以大氣中的濃度爲標準的400ppm（1ppm爲100萬分之1）、（3）比大氣中的濃度更稀薄的100ppm。爲提高反應速度，實驗在450℃的溫度下進行。
利用觸媒從含100ppm二氧化碳的氣體中製作甲烷的實驗結果（圖片由產綜研提供）
結果顯示，即使是在最嚴苛的（3）的條件下，從實驗開始到40分鐘後，實驗容器的排氣口也沒有排出二氧化碳。表明在這段時間内觸媒吸附着二氧化碳。從容器中抽出原有氣體後加入氫氣，很快就產生了甲烷。與普通反應相比，濃度高達1000倍以上。實驗應答，觸媒在這3個條件下全部發揮了作用。從觸媒中釋放的二氧化碳有90％以上直接轉換成了甲烷。
研究團隊設想將其用於從大氣中回收二氧化碳，因此還利用與大氣一樣含有20％氧氣的氣體進行了實驗。鎳接觸到氧氣後會氧化，從而破壞觸媒的性能。在實驗中，儘管性能略有下降，但仍成功吸附了二氧化碳並將其轉換成了甲烷。
以往的CCU技術在轉換二氧化碳前一般需要先利用吸收劑進行處理，以將濃度提高到接近100％，這樣會消耗大量熱能。而利用本次實驗使用的觸媒的話，釋放吸附的二氧化碳是吸熱反應，生成甲烷是發熱反應。這兩種反應同時發生，因此從原理上來說，具有無需從外部加熱的優點。
研究團隊中的產綜研能源程序研究部門能源轉換程序研究小組的倉本浩司組長表示：「我們打算把直接將大氣和廢氣中的二氧化碳轉換爲甲烷的技術打造成CCU的撒手鐧之一，從而爲低碳社會帶來創新」。
研究團隊由產綜研和荷蘭代爾夫特理工大學的研究人員組成。相關成果已於2月25日發佈在美國化學期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》的電子版上。
【相關鏈結】
產綜研新聞發佈資料「開發出利用大氣中的二氧化碳合成高濃度城市氣體原料的方法」
日文：JST Science Portal 編輯部
中文：JST客觀日本編輯部
