化学部門は最大の産業エネルギー消費者であり、原料とエネルギー利用の両方に化石燃料を使用しています。後者の多くは、原料を有用な製品に変える反応が通常、熱触媒に依存しているために起こります。これらのプロセスでは、多くの場合、高温や高圧などの比較的極端な反応条件が必要になります。その結果、プロセス効率が低下し、最終的にはかなりの二酸化炭素排出量が発生します。
廃棄物、バイオマス、COなどの代替原料2 業界が原料としての化石燃料の使用に取り組むのに役立ちます。ただし、業界が排出削減目標を達成するには、よりエネルギー効率の高いプロセスも必要になります。従来の技術は高度な最適化レベルに達しており、化学業界は燃料使用による排出に対処する必要があることを意味します。二酸化炭素回収は近年規模が拡大していますが、コストやインフラストラクチャなどのいくつかの課題に直面しています。一方、コストは変動しますが、再生可能エネルギーの使用は排出削減に役立ちます。
光触媒は、化学処理に再生可能エネルギーを使用してプロセス効率を向上させる手段を提供するため、技術が経済的に拡張できれば、化石燃料の使用に伴う排出量が大幅に削減されます。
光触媒の仕組みとメリットは何ですか?
光触媒では、光エネルギーを使用して触媒を活性化し、化学反応を促進します。熱触媒とは異なり、反応速度は温度だけでなく光強度とも指数関数的な関係があります。これは、必要な反応速度を得るために、光触媒では熱触媒よりも大幅に低い温度が必要であることを意味します。
光触媒の理論的利点は、高い光触媒効率、選択性、特異性で化学反応を促進できるプラズモニック光触媒を開発したライス大学の科学者らによる研究の焦点でした。その後、この技術は次の企業にライセンス供与されました。 シジジ・プラズモニックs LEDを使用して光触媒を照射し、反応を触媒する「光反応器」を開発した。反応器は比較的安価な材料で作られているため、資本コストを低く抑えることができます。一方、このプロセスは高効率、選択性、特異性の恩恵を受け、エネルギー使用量が削減され、その結果、コストが削減され、二酸化炭素排出量が削減されます。
影響の可能性
Syzygy Plasmonics は、アンモニアの分解 (クラッキング) を含むいくつかの用途のための技術を開発しました。現在肥料用に大量に生産されているアンモニアは、輸送燃料としてもエネルギー輸入としても有用な、有望な水素キャリアとしてますます認識されています。しかし、アンモニアの生成と分解の往復効率 (およびコスト) が依然として採用の障壁となっています。 Syzygy の技術を大規模に導入すると、熱分解よりもはるかに高い効率が期待でき、天然ガスの輸入をクリーンなアンモニアの輸入に置き換える可能性が広がります。
エネルギー輸入には他のアプローチも存在し、炭素源へのアクセスが制限されているメタノールなどの他の水素キャリアと比べて、アンモニアは特に有利です。エネルギーまたは産業用に水素に変換されるアンモニアの量は、多くの変数に依存します。 100 年までに 130 億～2050 億 XNUMX 万トンの水素が IEAの推定 エネルギー利用のための窒素需要に対応しますが、これは直接利用または水素の可能性があります。すべてが分解された場合、熱分解の代わりに Syzygy テクノロジーを使用すると、約 1000 ～ 1250TWh のエネルギーが節約され、これは英国の年間総エネルギー使用量の約 3 倍になります。
このテクノロジーは、他のテクノロジーと比較して総コストで競争しない限り、大規模に導入される可能性は低いです。しかし、コスト競争力は再生可能エネルギーのコストに左右されるが、この効率によりコストは下がると予想されており、Syzygyはこの技術によりアンモニア分解に関連する総コストが熱分解に比べて20%以上削減できると期待している。
今後の展望
Syzygy は、Lotte Chemicals と共同でアンモニア分解パイロットを開発中ですが、Syzygy が大規模な効率を実証することで、規模拡大の可能性が再確認されます。この技術は、水蒸気メタン改質 (水素製造用) や乾式メタン改質 (メタノールまたはジェット燃料の製造に使用できる合成ガスの製造用) など、いくつかの用途でもテストされています。アンモニア合成、グリーン水素、エチレン、芳香族合成の技術など、他にも多くの応用が存在しており、数ギガトンもの炭素排出量を節約できる可能性があります。
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- 情報源： https://www.cleantech.com/will-photocatalysis-move-the-needle-on-chemical-carbon-emissions/
