賢い触媒でCO2を酢に変える

研究者たちは、二酸化炭素を酢酸に変えることができる触媒を作成しました。酢酸は、非常に有用な工業用化学薬品および食品添加物です。

Nature Communicationsに研究を発表したオーストラリア、米国、日本の研究者らは、彼らの手法は二酸化炭素排出を有用な物質に変える拡張可能な方法を示していると述べている。

医薬品、ビニール、繊維、化粧品などのさまざまな製品を製造するために、世界中で毎年約 650 万トンの酢酸が需要があります。

酢の主成分でもあり、食品の保存料としてもよく使われます。

食品産業では酢酸は主に発酵によって作られますが、他の産業では化石燃料から作られ、その過程で温室効果ガスが排出されます。 通常、製造にはコバルト、イリジウム、ロジウムなどの高価な貴金属も必要です。

このチームは現在、（より安価な）鉄を触媒として使用して、二酸化炭素と水素から酢酸を製造する方法を発見しました。

また、鉄触媒は反応全体を通じて固体のままであるため、このプロセスでは酢酸が生成された後に精製するための追加の設備やエネルギーが必要ありません。

「理論上、鉄がこの反応を触媒するのに適した候補であることはわかっていましたが、課題は酸性水条件下で鉄を安定に保つことです」とモナシュ大学の化学工学者で主著者のアクシャット・タンクセール准教授は言う。

酢酸を作ると、当然のことながら、水に溶けた酸が生成されます。

「よく知られているように、鉄は水中では錆び、酸化します。しかし、私たちは少なくとも部分的に金属の形で残ることを望んでいました」とタンクセール氏は言います。

研究者らの解決策は、金属有機フレームワーク (MOF) を使用することでした。MOF は、金属原子 (この場合は鉄) から作られ、炭素ベースの架橋で結合され、分子サイズの穴のある一種のスポンジを形成する物質です。

科学記事の最新情報を受信箱に直接配信します。

次にMOFを加熱すると、鉄原子の一部が融合して数ナノメートルの粒子が形成され、炭素の多孔質層に埋め込まれた。

得られた触媒は、CO2 と水素 (H2) から酢酸 (CH3COOH) を非常に効率的に生成することができました。

タンクセイル氏は、彼のチームが試行錯誤を繰り返しながら、この触媒を開発するまでに 1 年以上かかったと言います。

「私たちがこのプロジェクトに取り組み始めたのは、2020年に新型コロナウイルス感染症のパンデミックが始まった頃でした。そのため、研究スタッフと学生は毎日研究室に入ることができず、交代で一人で作業しなければなりませんでした」と彼は言う。

「メルボルンでは度重なるロックダウン期間に対処しなければならなかったが、この触媒が分子レベルでどのように機能するかについての決定的な証拠を提供するのにさらに18か月かかった。」

この触媒は現在使用されている触媒よりも安価であり、研究者らは商業化に取り組んでいる。

タンクセール氏によれば、ボトルネックは触媒自体ではなく、原料であるCO2と水素だという。

「それらは今日容易に入手できますが、それが緑の資源から得られたものである場合、そのコストは大幅に高くなります」と彼は言います。

「私たちの技術の真のメリットを享受するには、つまりマイナス炭素排出を達成するには、二酸化炭素を空気から回収し、再生可能エネルギー（グリーン水素）を使用して水から水素を製造する必要があります。

「これらの実現技術はまだ完全な商業的可能性に達していません。」

当初はコスモスによって「大気から二酸化炭素を取り出して酢に変える」として出版されました。

エレン・フィディアンは、コスモスの科学ジャーナリストです。 彼女はオーストラリア国立大学で化学と科学コミュニケーションの学士号 (優等学位) と科学コミュニケーションの修士号を取得しています。

事実を説明し、証拠に基づいた知識を大切にし、最新の科学、技術、工学の進歩を紹介することが、今ほど重要な時期はありません。 Cosmos は、人々と科学の世界を結び付けることに特化した慈善団体であるオーストラリア王立研究所によって発行されています。 財政的な貢献は、大小を問わず、世界が最も必要としているときに、信頼できる科学情報へのアクセスを提供するのに役立ちます。 今すぐ寄付または定期購読を購入して私たちをサポートしてください。