変換する 液体燃料中の二酸化炭素と太陽光 これはもはや単なる実験室レベルの奇抜なアイデアではありません。近年、ヨーロッパとアジアの複数の研究チームが、現在廃棄物とみなされているCO₂から将来の燃料の一部を確実に生成するための確固たる取り組みを進めています。
スペインでは、 ユニバーシダッドプブリカデナバーラ 同社はテクノロジーセンターや企業と緊密に連携し、 水とCO₂から再生可能な合成燃料一方、他の国々では、こうした生産チェーンに統合可能な人工光合成システムが完成しつつあり、「空気から燃料を作る」ことがもはやSFではなくなったという展望が描かれている。
パネルから燃料へ：スペインで太陽、水、CO₂から燃料を製造
プロジェクト パネルから燃料へナバラ公立大学（UPNA）がINAMAT²研究所を通じて推進する ルレデラテクノロジーセンター そして会社 ナバラ機械工学（INM）それは可能であることを示すことを目的としている 合成燃料を生産する 再生可能な資源: 太陽放射、空気から捕捉された水、CO₂。
中心的なアイデアは、 石油由来の液体燃料 既存のエンジンと互換性があり、大気中のCO₂を増加させないプロセスで生成される代替燃料によって、CO₂を排出するサイクルが提案されている。 空気中からCO₂を回収し、太陽光を利用してグリーン水素を生成します。 両者を組み合わせることで、輸送に使用できる合成燃料が作られます。
このアプローチは、主要な気候問題の 1 つに対処することを目指しています。 電化が難しい部門の脱炭素化重量物の道路輸送、海上輸送、航空輸送など、バッテリーによる直接的な置き換えが必ずしも技術的または経済的に実行可能ではない分野。
このプロジェクトは化学開発に限定されず、 経済および環境分析 このプロセスが中期的に、従来の化石燃料オプションや、すでに市場に出回っている他の再生可能代替物と競合できるかどうかを調べるためです。
植物を模倣した光触媒パネル
パネル・トゥ・フューエルの核となるのは 光触媒パネル これは従来の太陽光発電パネルとは異なる仕組みです。この装置は電気を生成するのではなく、太陽光を利用して 水分子を分離して水素を生成する電力網からのエネルギーを使用する必要はありません。
UPNAデザイン 3Dプリントで製造された原子炉活性物質を太陽光に最も効果的にさらすよう設計された形状。反応が起こる表面全体に光をより良く分散させ、水から得られる水素の量を増やすことが目的です。
ルレデラテクノロジーセンターは、 高効率で太陽光を捕らえて利用できるナノ材料これらの化合物は光触媒として作用します。つまり、光子を受け取ると化学反応を引き起こし、加速します。これは、天然の光合成の際に植物の葉の色素が行うのと同様です。
Ingeniería Navarra Mecánica 社がこのサービスを担当しています。 最初の統合プロトタイプのエンジニアリング水素の製造、CO₂の回収、それに続く再生可能燃料の合成を1つのシステムに統合する実証ユニットです。
この機器の開発と並行して、コンソーシアムは 空気中のCO₂を捕捉する吸着材、このガスを表面に保持し、制御された方法で放出して変換反応に導入することができます。
CO₂と水素から液体燃料へ：メタノールとフィッシャー・トロプシュ法
一度 グリーン水素と回収されたCO₂次の段階は、それらを液体燃料として使用できる分子に変換することです。ルイス・ガンディア・パスクアルとフェルナンド・ビンベラ・セラーノが率いるチームは、 2つの主なルート これを達成します。
最初の手段は 中間段階としてのメタノールこの場合、CO₂は水素と反応してメタノールを形成します。このメタノール分子は、さらに複雑な燃料に変換したり、特定の産業およびエネルギー用途に直接使用したりすることができます。
2番目のルートは、プロセスの適応バージョンに基づいています フィッシャートロプシュ一酸化炭素と水素の混合物を 従来の燃料に似た液体炭化水素ここで重要なのは、CO₂から始めてそのプロセスを促進する適切なガス混合物を得るために条件と触媒を調整することです。
コンソーシアムは両方の選択肢を比較して、 どのパスが完全なチェーンに最も適合するかエネルギー効率、運用コスト、技術的な複雑さ、CO₂回収モジュールおよび光触媒水素生成パネルとの統合を考慮します。
UPNAのQuiProValグループの責任者である研究者フェルナンド・ビンベラ氏によると、開発されたプロトタイプにより、すでに CO₂から太陽光メタンとグリーン水素を得るそして、日常的に使用される液体燃料に近い、炭素原子の数が多い炭化水素へと規模を拡大する作業が進行中です。
曲線デザイン、モジュラーシステム、ヨーロッパのサポート
パネル・トゥ・フューエルの特徴的な要素の一つは、 曲線デザインの原子炉 この設計により、最も重要な化学反応が起こるエリアに太陽光が正確に集中します。この形状により、太陽光と熱の両方をより有効に活用できるようになり、システムの効率が向上します。
最終的な目標は、 継続的かつ安定した動作が可能なモジュール式アセンブリ水素の製造、大気中のCO₂回収、そしてそれを合成燃料に変換するという3つのタスクを同時に実行します。モジュール化により、研究センター近くのパイロット施設から、産業部門や物流部門に隣接する大規模プラントまで、さまざまな環境に合わせて生産能力を適応させることが容易になります。
技術設計に加えて、このプロジェクトには以下が含まれます。 経済的実現可能性と環境影響調査これらの合成燃料が従来のディーゼル、ガソリン、灯油、さらには電気自動車や圧縮水素などの代替燃料と競合できるかどうかを評価することが不可欠です。
パネルから燃料への機能 州研究機関からの資金提供の 回復、変革、回復力の計画 そして欧州の資金から 次世代EU次のような援助も RENOコゲンこれにより、スペインと欧州連合の脱炭素化およびグリーン再工業化戦略におけるこの種のプロジェクトの役割が強化されます。
チームにはUPNAの研究者などが含まれている。 ルイス・ガンディア、フェルナンド・ビンベラ、イスマエル・ペジェロ; ルレデラから、 クリスティーナ・サラザールとカルメン・ガリホ; Ingeniería Navarra Mecánica 社からも ウクエ・ジョレンテこれは、大学、テクノロジー センター、ビジネス セクター間の緊密な連携を示しています。
人工光合成：太陽燃料に向けた国際的な進歩
ナバラではプロセス全体を単一のモジュールシステムに統合する作業が行われている一方、他の国際グループは補完的な要素の開発を進めています。 高性能光触媒 太陽光と水のみを主な入力としてCO₂を変換することができます。
最近の例としては、 中国科学院 香港科技大学は、 人工光合成 ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された。彼らのアプローチは、銀で修飾した三酸化タングステンであるAg/WO₃と呼ばれる材料を用いており、これは一種の 触媒内の一時的な電子貯蔵.
この材料を光に当てると、 電子を蓄え、放出する 制御された方法で、これはCO₂をより効率的に削減するための鍵となります。コバルトベースの分子触媒と組み合わせることで、 コバルトフタロシアニンこのシステムはCO₂と水を 一酸化炭素 以前の構成よりもはるかに優れた速度を実現します。
実験室環境では、生産レベルは 触媒1グラムあたり1,5ミリモルの一酸化炭素/時間Ag/WO₃が提供する「電荷リザーバー」を持たない同じコバルト触媒と比較して、約100倍の性能向上が期待できます。まだ小規模ではありますが、この性能向上は科学的に意義深いものです。
一酸化炭素はタンクですぐに使用できる燃料ではありませんが、 合成燃料の製造のための基本的な化学構成要素ガス合成（合成ガス）に続いてフィッシャー・トロプシュ型プロセスなどの既知の工業ルートを通じて、パネルから燃料へのなどのプロジェクトで検討されているのとまったく同じロジックが実行されます。
よりクリーンな設計：電子源としての水
多くの人工光合成方式に共通する問題の一つは、 使い捨てエージェント追加の物質は反応を促進するが、消費され、廃棄物を生成する。中国の設計では、この制限を克服するために、 電子源としての水実際の葉の機能により近いアプローチです。
自然界では、プラストキノンのような分子は一時的に電子を蓄えて配位する。 一度に複数の光化学反応この動作にヒントを得て、Ag/WO₃ システムは、タングステンの電子の受け取りと放出による酸化状態の変化を可能にし、CO₂ を還元する触媒がより長い時間、より多くの電荷を利用できるようにします。
このメカニズムは 間欠充電貯蔵 これにより、損失が削減され、プロセス全体の効率が向上します。これは、これらのシステムを研究室から、製品 1 キログラムあたりのコストが重要となる実際のアプリケーションに移行する場合に不可欠です。
興味深い点は、この装置は制御された人工照明の下で動作するだけでなく、 自然光CO₂を一酸化炭素に変換する能力は維持したままである。この詳細は、この技術が 再生可能エネルギーで直接稼働する原子炉必ずしも電力網を使用しなくてもよい。
材料設計の観点から見ると、Ag/WO₃戦略は、同じ支持体を他のものと組み合わせて使用できるため、比較的汎用性の高いアプローチである。 異なる特定の触媒 希望する最終製品に応じて、太陽起源のより幅広い燃料と化合物の利用が可能になります。
気候変動の影響、課題、欧州政策との整合性
可能性 太陽光を利用してCO₂を合成燃料に変換する これは欧州の脱炭素化戦略に完全に適合しますが、その真の貢献はライフサイクル全体に依存します。これらの燃料が気候中立であるためには、使用されるCO₂は 捕獲された情報源産業排出物であろうと空気から直接であろうと、プロセス全体に供給されなければならない。 再生可能エネルギー.
これらの条件が満たされた場合でも、専門家は、 全体的な効率はまだ理想には程遠いです。CO₂回収、水素製造、液体燃料への変換、貯蔵、分配の各段階でエネルギー損失が発生し、それが経済的コストにつながり、再生可能エネルギー設備の設置容量の増加が必要になります。
それでも、これらの太陽燃料は、 直接電気を流すのは簡単ではない あるいは、短期的には既存のエンジンやインフラを交換する必要がある。航空、海上輸送、そして一部の重工業は、「削減が困難」な産業として繰り返し挙げられている。
エネルギー政策の観点からは、非常に実際的な疑問も生じます。 このタイプの燃料は1リットルでいくらかかりますか? 従来のディーゼルやガソリンと比較して、既存の製油所やネットワークにどのように統合されるのでしょうか。また、電気自動車や燃料電池用の水素などの他の選択肢と比較して、これらの技術はどの程度のサポートを受けるのでしょうか。
ヨーロッパでは、パネル燃料のようなプロジェクトと 国際的な進歩 en 人工光合成と新しい触媒 これは、CO₂がもはや単なる問題ではなく、部分的に資源として捉えられるというシナリオを示唆している。気候が温暖化し、燃料価格が変動するにつれて、 太陽光とCO₂を原料とした再生可能な合成燃料 これは、産業と環境が同じ方向に進み始めるための補完的な方法として浮上しています。