【エネルギー】メタンガスを低コストで有用物質に変換する新手法開発 -MIT

2017年11月09日

カテゴリ:
科学

1: 2017/11/04(土) 14:07:41.78 ID:CAP_USER

マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームは、太陽光発電などで得た電気を利用して、メタンガスをメタノール(液体)の誘導体に変換する新手法を開発した。
この方法によって、遠隔地でのメタン変換が低コストで可能になる可能性があるという。研究論文は、「ACS Central Science」に掲載された。

油井などで発生するメタンガスは、多くの場合、燃焼処理によって二酸化炭素に変えてから大気中に放出されている。
これはメタンガスの温暖化係数が二酸化炭素よりもさらに高いためである。油井で燃焼処理されるメタンガスの量は年間約1500億m3といわれ、そこから発生する二酸化炭素は約4億トンに上るとされる。

メタンガスは天然ガスの主成分であり、これを捕捉して発電に利用したり、有用な化学物質に変換したりする技術自体は以前から存在している。
にもかかわらず、そうした処理を行わずに燃やして廃棄されることが多い理由は、単純にコストの問題であると研究チームは指摘している。

たいていの場合、石油を得るための油井は遠隔地にある。
そこで発生する大量のメタンガスは副産物でしかなく、これを有効利用するために必要なメタンガスの冷却・圧縮設備や輸送用パイプラインなどにコストをかけるだけの経済的メリットがないというのが現状であるという。

既存の工業プロセスでメタンガスを液体の中間物に変換するには、金属触媒を用いた高温処理と大型の投資を要する大規模施設が必要とされる。
これに対して、研究チームが今回開発したのは、低温の電気化学プロセスによってメタン変換用の触媒を継続的に供給することができる技術である。
この技術を既存の油井に比較的低コストで、かつ後付けで導入することも可能だと研究チームは主張している。

低温でのメタン変換にとって理想的な触媒としては、白金やパラジウムなどの高原子価金属イオンを使った分子触媒が考えられる。

続きはソースで

画像：メタン変換用のパラジウム触媒の触媒活性を電気化学的なプロセスで復活させることによって反応を高速で進められることを実証した(出所：MIT)
http://news.mynavi.jp/news/2017/11/02/217/images/001.jpg

引用元: ・【エネルギー】メタンガスを低コストで有用物質に変換する新手法開発 -MIT

【エネルギー】メタンガスを低コストで有用物質に変換する新手法開発 -MITの続きを読む

タグ：: #エネルギー; #メタン; #ガス; #メタノール; #変換; #誘導体; #燃焼; #二酸化炭素; #大気; #温暖化

【太陽系】土星の衛星「エンケラドス」周囲に大量のメタノール

2017年07月21日

カテゴリ:
宇宙

1: 2017/07/13(木) 16:10:21.48 ID:CAP_USER

衛星「エンケラドス」周囲に大量のメタノール

地上からの観測としては初めて、土星の衛星「エンケラドス」の周囲でメタノールが検出され、エンケラドスから噴出して宇宙空間へ飛び出した物質が複雑な化学変化を起こしている可能性が示された。

【2017年7月7日 RAS】
土星の衛星「エンケラドス」の南極には大きなひび割れが存在し、そこから蒸気や氷の結晶が噴出している。蒸気や氷の供給源は地下に存在する海だと考えられている。また、噴出した氷の粒や塵によって、土星の環のうち外から2番目にあるE環が形成されている。

土星探査機「カッシーニ」はエンケラドスの噴出の中を飛行し、メタノールをはじめとする有機分子を検出してきた。そして、最近の研究から、地球の海とエンケラドスの噴出には同程度の量のメタノールが存在することが明らかになった。

英・カーディフ大学のJane Greavesさんと英・オープン大学のHelen Fraserさんは、スペインのIRAM 30mミリ波望遠鏡を使った地上からの観測により、エンケラドスの周囲にメタノールの存在を示す成果を得た。地上からメタノールが検出されたのは初めてのことだ。

続きはソースで

▽引用元：AstroArts　2017年7月7日
http://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/9228_enceladus

引用元: ・【太陽系】土星の衛星「エンケラドス」周囲に大量のメタノール©2ch.net

【太陽系】土星の衛星「エンケラドス」周囲に大量のメタノールの続きを読む

タグ：: #土星; #衛星; #エンケラドス; #観測; #メタノール; #検出; #噴出; #化学変化; #蒸気; #氷

【すごい！】人工光合成でエタノール燃料の生成に成功大阪市立大学

2015年07月12日

カテゴリ:
科学
技術

1: 2015/07/11(土) 10:06:14.95 ID:???.net

太陽光エネルギーを利用したエタノール燃料生成に成功 — 大阪市立大学
http://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2015/x6w0pm
人工光合成で車の燃料生成／エタノール、大阪市立大 | 全国ニュース | 四国新聞社
https://www.shikoku-np.co.jp/national/science_environmental/20150710000582

画像
http://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2015/images/150708-1.jpg/@@images/5e7db056-a064-4fc4-86ed-88ffb02894d1.jpeg
二酸化炭素を出発物質としたエタノール生産のための人工光合成技術

https://www.shikoku-np.co.jp/img_news.aspx?id=20150710000582&no=1&kyodo=1
　人工光合成に必要な物質を加えた酢酸の水溶液（左）にハロゲンランプを照射し、エタノールができた状態の水溶液（大阪市立大の天尾豊教授提供）

（前略）

研究の背景

　科学技術の発展に伴って生じた温室効果ガスなどによる地球環境汚染、大量の産業廃棄物処理および石油・石炭などの化石エネルギーの枯渇という重大な問題については、次の世代のためにも早急に解決する必要があります。特に、環境低負荷型エネルギー循環システムの構築や、二酸化炭素を代表とする温室効果ガスを有効利用するエネルギー変換システムの開発は、今世紀中の取り組みが必須であると言えるでしょう。

地球規模で削減目標を定められている二酸化炭素に関しては、排出を規制して削減することも考えられますが、逆に二酸化炭素を積極的に原料として利用し、有用物質に変換する方法の開発も重要な課題です。このような状況下で、太陽光エネルギーを利用し二酸化炭素を新たな燃料に変換する人工光合成技術が注目を浴びています。自動車等の次世代低炭素燃料として注目を浴びているエタノールを作ることができれば、新たな人工光合成系の応用技術になります。

　これまでに二酸化炭素を炭素数1のメタノールに変換する人工光合成系は報告されていましたが、炭素数をさらに一つ増やしたエタノールを作り出す技術には至っていませんでした。

研究の内容

　太陽光エネルギーを用いて二酸化炭素をメタノールやエタノールへ分子変換する技術が構築できれば、再生可能エネルギーの代表である太陽光エネルギーを利用し、二酸化炭素を有用な資源に取り込むことができます。

私たちは二酸化炭素を出発物質として人工光合成技術を用い、エタノールを生産する反応系の構築に取り組みました。下図に示すような二酸化炭素とメタン（あるいはメタンの代わりにメタノール）から酢酸を生産し，さらに人工光合成技術を用いて酢酸からエタノールを合成することを考案し、実験の結果、成功しました。酢酸からエタノールを合成できる人工光合成技術の成功報告はこれまでに無く、今回我々が新たに成し遂げた成果です。この技術では、150分間太陽光を照射すると酢酸のおよそ5％がエタノールに変換されます。

期待される効果

　これまで人工光合成技術を用いた二酸化炭素の分子変換技術は、その生成物が一酸化炭素、ギ酸、メタノール等炭素数が1のものに限られていました。上図に示す技術が達成できれば、燃料として実用がより期待されるエタノールを太陽光と二酸化炭素から作り出すことができるようになり、従来開発されている食糧等からのバイオエタノール生成技術と同等の新しい技術になりうるものと期待されます。

詳細・続きはソースで

引用元: ・【エネルギー技術/生化学】人工光合成でエタノール燃料の生成に成功大阪市立大学

【すごい！】人工光合成でエタノール燃料の生成に成功大阪市立大学の続きを読む

タグ：: #人工; #光合成; #エネルギー; #太陽光; #エタノール; #燃料; #生成; #二酸化炭素; #メタノール; #変換

エタノール燃料から常温常圧で効率発電を実現、炭素の鎖を断ち切る触媒を開発

2015年06月02日

カテゴリ:
科学
資源・材料

1: 2015/05/27(水) 21:20:20.47 ID:???.net

蓄電・発電機器：エタノール燃料から常温常圧で効率発電を実現、炭素の鎖を断ち切る触媒を開発 (1/2) - スマートジャパン
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1505/27/news041.html

http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1505/27/km_syokubai.jpg
図1：エタノール分子（左図）とメタノール分子（右図）の模式図。エタノール分子は炭素ー炭素結合を持つがメタノール分子は持たない　※出典：物質・材料研究機構
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1505/27/km_syokubai2.jpg
図2：TaPt3ナノ粒子の透過電子顕微鏡像。右図はナノ粒子内部で、タンタル原子と白金原子が秩序正しく並んでいることが分かる　※出典：物質・材料研究機構
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1505/27/km_syokubai3.jpg
図3：常温常圧の水溶液中でのエタノール酸化反応に対する触媒活性の比較　※出典：物質・材料研究機構
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1505/27/km_syokubai5.jpg
図4：TaPt3ナノ粒子、Ptナノ粒子を触媒に利用したPEMFCの出力特性　※出典：物質・材料研究機構
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1505/27/km_syokubai4.jpg
図5：表面敏感赤外分光法による触媒表面のCO振動（左図）とCO2振動（右図）の測定結果。赤円内部のピークがCOおよびCO2の発生した点。（a）と（c）がTaPt3ナノ粒子の結果　
※出典：物質・材料研究機構

物質・材料研究機構（以下、NIMS）研究員の阿部英樹氏は、ナノ材料科学環境拠点（以下、GREEN）研究員の野口秀典氏、東北大学原子分子材料科学高等研究機構の准教授藤田武志氏と共同で、常温常圧でエタノール燃料から効率よく電力を取り出せる触媒の開発に成功した。

　エタノール燃料は、サトウキビやトウモロコシなどバイオマスを発酵して生産できるため、新たなエネルギー源として注目を集めている（関連記事）。しかし、バイオエタノール燃料をディーゼルエンジンなどの内燃機関で燃焼させて電力を得るためには、数百度の高温で空気と燃料を反応させる過程があり、窒素酸化物（NOx）や一酸化炭素（CO）など有害排気ガスが発生する。よりクリーンなエネルギーを求める動きから、エタノールを用いたポリマー電解質膜燃料電池（PEMFC）の研究が進められた。

　PEMFCは、水素やメタノール、エタノールなどの燃料分子を電気化学的に酸化し、部紳士中の化学エネルギーを電力の形で取り出す仕組みだ。

酸化分解すると生物にとって無害な水（H2O）や
二酸化炭素（CO2）に変わるため、有害な排気ガスが発生しないという利点を備える。

　PEMFCでは現在、トヨタ自動車が2014年12月に製品化した燃料電池車「MIRAI」のように、水素を利用するものが大きな注目を集めている（関連記事）。一方で、工場などでよく利用され入手しやすいメタノールについても、燃料電池として活用につながる研究開発が進む（関連記事）。この一方で、エタノールPEMFCについては、開発が大きく遅れている状況だ。

課題だった「炭素ー炭素結合」

　エタノールPEMFCの開発がなかなか進まなかった要因の1つとして挙げられるのが、エタノールが持つ「炭素（C）ー炭素（C）結合」を効率よく切断できる触媒がなかったためだ（図1）。

　水素PEMFCやメタノールPEMFCでは、分子は基本的には水素（H）同士、もしくは、「水素ー酸素（O）」「炭素ー酸素」の結合となり、これらを切断する触媒としては、白金の超微粒子（Ptナノ粒子）や白金ルテニウム合金ナノ粒子（Pt-Ruナノ粒子）などが用いられている。しかし、エタノールは、これらの触媒を用いても酢酸（C2H4O2）やアセトアルデヒド（C2H4O）に酸化させる（エタノール部分酸化）ことは可能でも、炭素―炭素結合を切断して、CO2にまで酸化を進めることはできない。

　Pt3Sn（プラチナスズ）合金ナノ粒子触媒についても、エタノール部分酸化を効率的に促進するため、出力電流はPtナノ粒子より高いものの、エタノール分子の炭素―炭素分子結合を切断する能力自体は、Ptナノ粒子よりも低い。

続きはソースで