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大気中の二酸化炭素を効率的に捕集する方法

106日前原文(www.helsinki.fi)

概要

  • University of Helsinkiの化学部で新しいCO2直接回収法を開発
  • 超塩基とアルコールの化合物が基盤
  • 低温でCO2の回収・再利用が容易
  • 高い回収効率と繰り返し使用が可能
  • 無毒・低コストで今後パイロットプラントで実証予定

ヘルシンキ大学発・新規CO2直接回収法

  • ヘルシンキ大学化学部のPostdoctoral Researcherによる新技術開発
  • 超塩基とアルコールの化合物を使用したCO2回収法
  • 未処理の大気から1gあたり156mgのCO2を直接吸収する能力
  • 窒素や酸素、他の大気成分とは反応しない特性
  • 現行のCO2回収法を大幅に上回る性能
  • 吸収したCO2は70℃・30分加熱で簡単に放出可能
  • 純粋なCO2が回収でき、再利用やリサイクルに適する

反復利用と安全性

  • 従来法では900℃超の高温が必要だったCO2放出が低温で可能
  • 50回のサイクル後も75％、100回後も50％の吸収能力を維持
  • 無毒性かつコスト効率の高い化合物
  • 化合物の発見は1年以上の基礎実験による成果
  • 最も有望だった塩基は1,5,7-triazabicyclo [4.3.0] non-6-ene (TBN)
    • TBNとbenzyl alcoholを組み合わせて最終化合物を生成

今後の展開と産業応用

  • パイロットプラント規模での実証実験を計画
  • 液体化合物を固体化して利用拡大を目指す
    • シリカやグラフェン酸化物と結合しCO2との相互作用を促進
  • 非高価な原料のみを使用
  • 産業スケールでの持続可能なCO2回収技術への期待

問い合わせ先・参考情報

  • Postdoctoral Researcher: Zahra Eshaghi Gorji（英語対応）046 540 89 78
  • Communications Specialist: Juha Merimaa 050 3017905
  • 詳細記事リンク（英語）

Hackerたちの意見

経済がすべてを支配してるよね。木を植えるのと、木を収穫する価値を含めた場合のコストを比べるとどうなるの？木の農場は一般的に利益が出るし、木材も高いから、この方法は経済的にあまり効率的じゃない気がする。
└
問題は、世界中に十分な数の木を植えてもCO2排出量を相殺できないってことだよ。しかも、森は生きている間だけCO2を吸収する。死んじゃうとCO2を排出しちゃうからね。木材をどこかに永久に保存する必要がある（例えば水に沈めるとか）。最近の記事: https://www.theguardian.com/environment/2025/nov/28/africa-f...
└
同意するよ。植物はあまり効率的じゃない（1%か2%くらい）けど、CO2を安定した形でパッケージングすることができる。穀物や木材は長期間保存できるしね。この場合、ガスとしてCO2を得るみたい。燃焼を戻すためにエネルギーを使わなくていいから安いけど、長期間保存するのは難しいよね。（誰かが廃鉱で偽の地下湿地を作ろうとしたかはわからないけど、木と水を入れて酸素を低くして木がゆっくり分解するようにするのもアリかも。）
└
木を植えるのは効果的じゃないよ。炭素を捕まえるのに数十年かかるし、次の数年が長期的な気候の変化を決定するのに重要だからね。
└
> 経済がすべてを支配している。物事を大規模に運営しようとすると、物理学がすべてを支配する。興味のある固体材料の単位体積あたりの炭素密度は、木に沈めるか、ダイヤモンドのような珍しい材料に沈めるかであまり変わらない。つまり、望む量の大気中の炭素を沈めるために必要な材料の体積を計算できるってこと。もし1980年のCO2レベルに戻したいなら、単に物を積み上げるのではなく、1マイルの高さで数百マイルの長さの山脈を作る必要がある。じゃあ、そのくらいの材料を移動させるために何台のトラックが必要か考えてみて。もしその材料を海に捨てたいなら（誰かがそれに反対するだろうけど）、大気のクリーンアップを達成するために、毎時間どれだけのコンテナトラック分の材料を海に捨てる必要があるか計算してみて（10年？100年かかるなら、それは遅すぎる）。最後に、表面積と体積の比率について考えてみて。体積に沈めようとしてるけど、ガスは表面を通してしか体積に入れられないから、プロセスの速度は表面積に制限される。もし木を使ってやるなら、個人的なざっくりした見積もりでは、コネチカット州全体とコロラド州全体の間くらいの面積を植えなきゃ、望むような影響は出ないと思う（木の計算には一般的に認めたくない微妙さがあるから、もっと高い数字で考えてもいいよ）。それが経済に戻る理由だね。そんな規模の森林をうまく管理していると、100年後か500年後に「これを切れば、木を燃やして家を暖められるよ」って誰かが言いに来るかもしれない。そうすると、その炭素はまた大気中に戻っちゃうから、エネルギー的に回収が難しい状態に沈める必要がある。それには、炭素をそのエネルギー的に不利な状態に沈めるために大量のエネルギーを使う必要があるんだ。
└
重要な順番で言うと、1. たとえ魔法のように何も排出しなくても、空気中からCO2を取り除かないと、時間が経つにつれて私たちを焼き尽くすことになる。2. 森を作るためには広大な土地が必要になる（それは素晴らしいことだけど）、人々の移転や新しい建物の解体・建設、森への移動のための機械の稼働時間、植樹や森のメンテナンスがたくさん必要になる。さらに、切った木を埋める作業も加わる。これらの過程で発生する排出量を合計すると、効率がかなり低下すると思う（場合によっては全く効率が悪くなるかも）。CO2の捕集や日陰を作る手段がなければ、CO2の濃度と温度は今のようにどんどん上がるだけだよ。
直接空気捕集は、スケールの問題から逃れられないと思う。フィードストックのCO2濃度が約400ppmの時、経済的にうまくいかないんだよね。いろんな石油会社が世界中で一回限りのシステムを支援してるけど。発電所などのソースでCO2を捕まえる方が経済的な実現可能性に到達しやすいけど、インセンティブがなければ無理だよ。IRAのインフラ法案では、捕まえたCO2の価格が約$50/トンだったと思う。
└
同意だね。それに、CO2をどこに保管するつもりなんだ？「1980年」に戻ると、空気中からCO2を取り除くのがうまくいくとは思えない。もう一つの懸念は、メンテナンスの費用を誰が払うのかってこと。地下貯蔵からCO2を逃がしてはいけない理由はこれを見てみて: https://en.wikipedia.org/wiki/Lake_Nyos_disaster もし人口密集地の近くに保管してたら、「金庫」が壊れた場合、数分で何十万人が死ぬ可能性があるし、動物や昆虫も全滅するかも。CO2の貯蔵施設の近くに住むくらいなら、核廃棄物の近くに住む方がマシだよ。
└
産業革命以来、私たちが大気中に放出した余分なCO2を取り除かないと、温度を元に戻せないよ。私たちと前の世代が借金をして、その返済期限が来てるんだ。摂氏の度数の変化についての枠組みのせいで、人々は小さい数字で考えてしまってる。「ああ、普通より1.5℃上がっただけだ。うっかり見逃したけど、まあ2.0℃でなんとかなるだろう」ってね。普通に戻りたいなら、温度を下げる必要があって、そのためには数十年にわたって私たちを包み込んできたCO2の毛布を取り除かなきゃならない。それはほとんど想像できないほどの大変な作業だよ。産業革命以来、人類が使ってきたエネルギーや、以前に放出したCO2を隔離しようとする間に生産するエネルギーも考慮しなきゃいけない。すべてを計算に入れないといけないし、今システム内にある余剰エネルギーや食物連鎖の崩壊もある。今後50年でどうやってこの状況を乗り越えるのか、全く見当がつかないよ。
└
CO2を源から捕まえるのは、源を取り除くよりも常に劣るよね。同時に、空気からCO2を捕まえることは、やっぱり必要になると思う。
もっと良いタイトルは「大気中のCO2を捕集するためのより効率的な方法」だと思う。この方法は客観的には効率的じゃないけど、DACで使われる他の方法（溶剤や吸着剤）よりは効率的かもしれないね。
└
そう、理論的な最大値に近づく「効率」と「実際に安くて経済的に実現可能」なものを区別するのは重要だよね。
└
一度、エンジニアの学生にCO2除去の設計問題を出したことがあって、最後に教科書が書かれた時から理論的な効率がどうして上がったのか聞いたんだ。答えは、空気中のCO2濃度が高くなったからだった。
現在の排出量のペースだと、あと20年で家庭にCO2スクラバーを設置する必要が出てくるよ。現在の最先端はソーダ石灰、つまり水酸化カルシウムだね。麻酔や塩水水槽、スキューバのリブリーザーで使われてる。理想的なシステムでは1グラムあたり500mgを捕集できるけど、実際には250mg/gくらいしか捕集できない。この方法は記事のものよりも優れているけど、一度きりの使用だね。工業施設での直接捕集に使う面白い提案もあって、廃棄物を煉瓦にして建物を作ることも考えられている。新しい材料の大きな利点は、加熱して再利用できることみたい。これは室内の直接空気捕集のケースでは非常に価値があると思う。オフィスや家からCO2をフィルターで取り除いて、産業革命前のレベルに戻すことを考えてみて。
└
その20年の見積もりについての引用はありますか？
└
160F（約71℃）、無毒って、家庭で使えそうな感じがするね。もう設置したいと思ってるよ。それに、学校の成績にどんな影響があるか見てみたいな。難しいのは、捕集と廃棄の部分だね。
└
NaHCO3を加熱すれば、CO2とNaOHを取り戻せるよ。ただ、すごくエネルギーがかかるけどね。
└
もしかしたら、もっと早く増えるシアノバクテリアを作ればいいのかもね。
└
高いCO2レベルが認知機能に影響を与えるって、あんまり知られてない気がする。空気の入れ替えがあまり良くない状態で、外の濃度が高いと、室内も認知機能や睡眠に悪影響を及ぼすレベルに達しちゃうんだよね。うちでもこれを感じてて、寒くても窓を開けてCO2レベルを抑えるようにしてる。外気熱交換器みたいな解決策もあって、窓を開けずに外と空気を交換できるから、家の暖房や冷房に影響を与えないんだ。認知機能の低下は700-1000ppmから始まるけど、閉じた寝室だと2000-3000ppmに達するのは普通だからね。
└
こういうのを使ってセメントを作れたりしないかな？CO2を捕まえて、それを建設用のセメントに変えるっていうのを想像してみて。無知をお許しください。
└
> 新しい化合物の大きな利点は、CO2を放出するのが簡単なことだ。この記事を書いたジャーナリストが、サブヘッダーの炭素密度を強調した理由が全くわからない。炭素捕集プラントにはほとんど関係ないから。もう一つの明らかな利点は、液体であることだ。今は、君が言ったような非可逆的な物質を研究プラントで主に使っている（私の知る限り、今は全てのプラントが研究中だ）。それらは完全に可逆的だけど、すごくエネルギーを使うんだよね。
└
家庭用のCO2スクラバーについての引用は必要？
└
「優れている」と言っても、たった一つの指標だけだと役に立たないことが多いよね。カルシウムカーボネートを900℃に加熱しない限り一回きりだし、この記事の化合物は70℃しか必要としないし、CO2の吸収を何度も再処理する能力がかなりあるんだ。ただ、ソーラーオーブンは900℃を超えることができるけど、家庭用には危険すぎるかもね。
└
君の極端な予測に反論するために言うけど、もしCO2レベルが半分になったら、地球上のすべての生命が絶滅するよ。 https://www.researchgate.net/post/Minimum_necessary_concentr...
まあ、同じことを繰り返すのもあれだから、過去のカーボンキャプチャーについてのコメントをここに貼るね：空気中からCO2を取り出すのがちょっと難しい理由を忘れがちだけど、比較的にその量が少ないからなんだ。空気は大まかに言うと、以下の成分でできてる：窒素：%78.084 酸素：%20.946 アルゴン：%00.934 CO2：%00.042 これってほぼ丸め誤差の範囲で、"放出しないか、放出時に捕まえるか"っていう考え方の大切さを実感させるよね。こういう状況以外でカーボンキャプチャーを少しでもコスト効果的にするのが難しい理由でもある。
└
じゃあ、窒素、酸素、アルゴンを適切な割合で放出して、またその混合を正しくするっていうのはどうかな？
└
植物はうまくやってるみたいだね。
└
じゃあ、本当に認知障害を引き起こしているのはCO2なの？それとも、CO2はただ測定している代理値で、認知障害の本当の理由は酸素不足なの？
この分野での研究には反対じゃないよ。ぜひやってほしいし、面白いし、いろんな応用がありそうだけど、世界的なCO2除去はその一つじゃない。提案されているものは、これを含めて、実現可能な解決策の範囲には入ってないよ。私たちが持っている唯一の解決策は、まず空気中に出さないことだよ。この技術はCO2を運ぶのには面白そうだけど、それが sequestration（隔離）できるわけじゃないし、たとえ隔離の問題が解決しても、スケールがすごく大きいからね。空気中に出る量を減らすための政治的意志がないなら、どうして誰もが捕まえて隔離するシステムを作るための政治的意志があると思えるの？もっとCO2を空気中に出さないことに集中して、取り除くことにあまり力を入れない方がいいよ。
└
発電所やセメント工場の排気など、CO2が高濃度で存在する場所で隔離するのは、排出を減らす一つの方法だね。
└
後でこの技術が必要になるよ。もし排出がネットゼロになったとしても、空気中にはまだCO2が多すぎるからね。今のうちに研究を始めておく方がいいよ。
└
> 空気中に出る量を減らすための政治的意志がないなら、どうして誰もが捕まえて隔離するシステムを作るための政治的意志があると思えるの？政治的意志は調整が必要だけど、システムを構築して稼働させるのはそうじゃないよ！ > 私たちはもっとCO2を空気中に出さないことに集中して、取り除くことにはあまり力を入れない方がいい。 この調整問題の「私たち」のどの部分が政治的意志を必要としないの？
└
排出が一晩でゼロになっても、これが必要だよ。世界は広いから、同時にいくつかのことをすることができるんだ。
└
残念ながら、技術的解決策は、存在しない強力なグローバル調整を必要とする制限や規制を通じて削減しようとするよりも、政治的に実現可能なんだよ。
└
地球のCO2問題を解決するには4つのカテゴリーがあるよ：a. 大気からCO2を取り除く b. 新たなCO2が大気に達するのを防ぐ これには、CO2を大気に放出する前に捕まえる#bの良い利用法があるかも。例えば、工場や車両にこれを使うことを義務付けることができるね。
└
重さのせいでバッテリーのストレージが不可能なアプリケーションもあるよね。炭素を捕まえることで、地面からではなく空気から燃料を収穫できる能力を得るかもしれない。電気のコストが時にはマイナスになることを考えると、これがもっとコスト効率的になるかも。化石燃料の掘削を隔離に置き換えれば、ネットゼロになるね。これが解決策の一部かもしれないし、もしくはみんなが汚染をやめることに同意するユートピアを作る方法を見つけるかも。歴史的に、ユートピアには俺が知っている限り前例がないけど。
└
それは確かに一理あるね。炭素捕集のコストを隔離だけで正当化するのは難しいかもしれない。でも、捕集した炭素をフィッシャー・トロプシュプロセスを使ってプラットフォーム化学物質（いろんな炭化水素）を作るのに使えるから、まだ可能性があると思う。電気燃料は、直接空気捕集を使って化石燃料の代替を生み出してるし。必要なのはエネルギーだけで、空気を大気から引き込むのも、低温熱（70-100℃）でCO2を吸着剤から分離するのも、そんなに高くないんだ。将来的には、この方法でプラスチックから製薬まで、あらゆるところで使われる重要な炭化水素材料を生産し続けられるかもしれない。集中した石油供給に依存せずにね。エネルギー効率よりも、体積効率が問題なんだ。今のところ（私の知る限りでは）捕集材料1kgで数十グラムのCO2を捕集できる。空気から引き出すのはそれほどエネルギーを必要としないけど、実際に空気からCO2をフィルターで取り出せる材料を見つけるのは難しい。もしこの分野でブレークスルーがあれば、産業用途が出てくるだろうね。そうなれば、ただの隔離じゃなくなる。もちろん、もっと簡単な解決策は木や草を植えることだけど、成長が遅いし貴重な土地が必要だよね。それでも、耕作できない土地でのアプローチは可能だと思う。コットングラスみたいな作物はツンドラ気候でも育つし、セルロースを通じて技術的に重要な炭素源にもなるし、CO2を捕集する手段にもなる。選択をする必要はないよ。両方同時にできるんだから。
└
これをやるのはバカみたいだと思うかもしれないけど、もし炭素排出権取引がこれを利益に変えるとしたらどうなる？
└
空気からCO2を取り除くのは、いくつかの明らかな理由から夢物語だよ。まず、CO2を取り出すのは、最初から大気に放出しない方がずっと難しくてエネルギーを消費する。だけど、世界は排出削減に関する意味のある枠組みに合意するところまで全然達していないし、世界最大の民主主義の政権は問題が存在することすら否定してる。主に、もし効果的なCO2除去手段があったとして、誰がそのダイヤルを操作するのか、誰が目標を設定するのかってことだよ。大気中のCO2は私が生まれた時より50%も高いんだ。60年代のレベルに戻るのか、あるいは産業革命の初めの頃に戻るのか？明らかに、それは今解凍されている凍った地域には不利だよね。ロシアやグリーンランドみたいに、気候変動から利益を得ているところにはね。
この記事の実際の研究成果っぽいね： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c13908 それと、スーパーベースは1,5,7-トリアザビシクロ[4.3.0]ノン-6-エンだよ。アニメをベースにした技術なんだ。他のアミンも水溶液中で約200℃未満で再生されるみたい。新しい分子を見つけるのは素晴らしいけど、こういうマーケティング記事は実際の研究を大げさに言ってることが多いね。
└
もしアニメベースの技術なら、日本からの研究が出てくると思ってたよ ;)
俺が考えたのは、すごく寒い場所に行って空気からCO₂を凍らせること、-80℃くらいでね。グリーンランドや南極の氷河から吹くカタバティック風が役立つかもしれない。でも、CO₂はすごく強力で、空気中の割合がとても少ないから、あまり取り除けないことに気づいた。空気を液化してCO₂を取り除く再生可能なストレージシステムもあるけど、あまり話題になってないし、空気の液化は選択肢としてあまり成長してないみたい。他には、Aレベルの化学で習うバッファー溶液や海洋での化学反応、生命のための鉄の播種を除いて、不溶性の炭酸塩を沈殿させる化学物質もあるけど、理想的ではないよね。沈殿物を降らせたり、海を試験管として使ったりするのは。
どこかで海水の電気分解が十分な酸素を放出しながら水素を収穫して、CO2排出を相殺できるって読んだことがあるんだけど、そのソースが見つからない。誰か聞いたことある？それとも俺の記憶が生成されたゴミで埋められてるだけ？
一番の炭素捕集装置は海だと思う。ここ10年ほど、世界中の温かい海水で大量の浮遊性のサルガッソ海藻が成長してるんだ。最近、サルガッソがこんなに大量に現れた理由は誰にもわからないけど、海水中のCO2の増加が関係している可能性があると思う。私が見る限り、炭素を大規模に隔離する唯一の効率的な方法は、海を利用して海藻を集めて、限界地や砂漠地に捨てることだと思う。そうすることで炭素を閉じ込めて、土壌を肥やして、さらに炭素を結合する植物の成長を促進できるんだ。
└
このトピックについては素人だけど、集めるのに化石燃料が必要で、規模を考えるとかなりの量が必要だとしたら、ネットマイナスの炭素で集めるのは実現可能なのかな？ネットマイナスの隔離について聞くと、最終的には崩れたり、永遠のエネルギー機械みたいに反証されることが多い気がする。
└
> 海を利用して海藻を集めて、限界地や砂漠地に捨てる なんでそこに行くと、既にある場所よりももっとCO2を集められるの？