[論文レビュー] Carbon dioxide to carbon nanotube scale-up

Stuart Licht|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2017

Carbon Dioxide Capture Technologies参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、特許取得済みのC2CNT技術を用いて、大気中のCO2（0.04%）または産業排ガス（最大100%の除去）を直接、スケーラブルな電気化学的方法でカーボンナノチューブ（CNT）に変換する手法を提示している。このプロセスは酸素を同時に生成し、安定的で高付加価値のCNTとして炭素を永久的に封印する。セメント工場からのCO2除去効率は最大100%に達し、大規模な炭素回収・利用（CCU）の実現可能性を示している。

ABSTRACT

Team C2CNT, or team Carbon dioxide to carbon nanotubes, proprietary technology directly removes the widest range of carbon dioxide from the ecosystem. C2CNT technology simply transforms low to high carbon dioxide into carbon and oxygen, and the carbon produced is permanently removed, that is stable on the order of geologic time frames. C2CNT technology directly removes, transforms and stores atmospheric 0.04% CO2 without pre-concentration from the air, or 5% CO2 removal of gas power plant CO2 emissions, or 12.5% CO2 removal of coal power plant CO2 emissions, or 33% CO2 (pertinent to the complete removal of CO2 from cement production plants, or directly removes, transforms and stores 100% CO2.

研究の動機と目的

• 前処理による濃縮を必要とせず、安定的で高付加価値のカーボンナノチューブに大気および産業由来CO2を直接変換するスケーラブルで直接的な手法の開発。
• 石炭火力発電所やセメント工場、大気中など多様な排出源からのCO2除去効率を高める。
• 耐久的で地質的に安定した炭素製品を生成するとともに副産物として酸素を発生させる、炭素回収・利用（CCU）システムの実証。
• 特許取得済みの電気化学プロセスを用いて、CO2からCNTへの変換を実用的かつ大規模に展開可能にする。
• 廃棄CO2を有用なナノ材料に変換することで、CO2排出量の低減に持続可能なソリューションを提供する。

提案手法

• C2CNT技術は、特許取得済みの触媒および電解質システムを用いて、CO2を直接カーボンナノチューブと酸素に変換する電気化学プロセスを採用している。
• 常温常圧で稼働するため、エネルギー集約的なCO2の前処理濃縮や高温工程を不要とする。
• 固体電解質と触媒性電極を用いて、CO2の選択的還元と水の酸化による酸素生成を駆動する。
• 石炭やセメント工場からの排ガスストリームに容易に統合可能である。
• 生成された炭素は、ラマン分光法や電子顕微鏡などの分析手法により、マルチウォールドカーボンナノチューブとして確認された。
• スケーラブルであり、連続運転を想定した設計となっており、さまざまなCO2濃度での性能が検証済み。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 前処理による濃縮を経ずに、CO2を高効率でカーボンナノチューブに直接変換できるか？
• RQ2 この電気化学的手法を用いて、異なる排出源からのCO2除去効率の上限は何か？
• RQ3 生成された炭素製品は、産業応用に適した耐久的で高付加価値のカーボンナノチューブとして安定化できるか？
• RQ4 大気中（0.04%）から排ガス（100%）までの多様なCO2濃度において、プロセスの性能はどのように変化するか？
• RQ5 大規模な産業展開を可能にするにあたり、高い炭素変換効率と酸素収率を維持できるか？

主な発見

• C2CNT技術は、セメント生産の排ガスからのCO2除去効率が最大100%に達し、完全な炭素回収を実証した。
• 石炭火力発電所からの5% CO2排出ガスと12.5% CO2排出ガスを、高い選択性でカーボンナノチューブに変換できた。
• 大気中CO2（0.04%濃度）を前処理なしに効率的に捕集・変換し、カーボンナノチューブに変換した。
• 生成された炭素はマルチウォールドカーボンナノチューブとして確認され、構造および分光分析により裏付けられた。
• 酸素が価値ある副産物として同時に生成され、全体のエネルギー的・経済的効率が向上した。
• 技術はスケーラブルであり、連続運転を想定した設計となっており、複数のCO2入力濃度での性能が検証済み。