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二酸化炭素をエタノールに直接変換できるナノ触媒が、アメリカで開発された。
『米国オークリッジ国立研究所(ORNL)の研究チームは、常温で二酸化炭素をエタノールに直接変換できるナノ触媒を開発した。ナノ触媒は炭素(スパイク状のグラフェン)と銅ナノ粒子で構成されており、白金などのレアメタルは使用していないため、低コスト化して産業用途に応用できる可能性があるという。
温室効果ガスである二酸化炭素は燃焼反応の副生成物として生み出されるが、これを電気化学的に還元できれば有用な燃料を作り出す材料とすることができる。研究チームは、ナノ触媒を利用した二酸化炭素の還元について研究する過程で、二酸化炭素が高い効率でエタノールに直接変換される現象を意図せずして偶然に発見したという。
同触媒は白金など高価なレアメタルを使っていないことから、産業用途で大規模に応用できる可能性がある。研究チームは、その応用例として、太陽光発電や風力発電など出力の安定しない自然エネルギーの有効利用を挙げる。これらの電力源から需要を上回る過剰な電力が供給されたとき、余剰電力をナノ触媒による電気化学反応に利用すれば、余分な電気エネルギーをエタノールなどの化学燃料に変換して貯蔵することが可能になる。
論文誌「ChemistrySELECT」に掲載された論文によると、今回開発されたナノ触媒は二次元の炭素薄膜であるグラフェンを数層積層し、窒素原子を添加して、先端の尖ったスパイク形状(長さ50nm程度)にしたカーボンナノスパイク(CNS)の上に、銅ナノ粒子を付着させた構造となっている。銅ナノ粒子は硫酸銅(II)溶液から生成し、界面活性剤などは使わずCNS上に直接付着する。銅ナノ粒子の粒径は30〜100nmである。CNSの代わりにガラス状炭素を用いた場合には銅の粒径が大きくなることから、CNS自体が銅ナノ粒子の生成を促していると考えられる。
今回の研究では、このナノ触媒による常温での触媒反応により、水に溶けた二酸化炭素がファラデー効率63%、選択率84%という高さでエタノールに直接変換されることが実験で示された。通常、この種の電気化学的な還元反応では、微量の生成物が複数種混合した状態で得られるだけだという。論文の筆頭執筆者であるAdam Rondinone氏は「単一の触媒で二酸化炭素をエタノールに直接変換するのは極めて難しく、驚くべき結果だ」と話している。
この触媒反応のメカニズムはよく分かっていないが、CNSのスパイク構造の先端部分が二酸化炭素-エタノール変換を可能にする大きな反応部位を与えていると考えられる。また、CNS単体ではこのような高効率の変換反応は起こらないことから、CNSと銅ナノ粒子との間で何らかの相乗効果が起こっているとみられ、詳細な反応メカニズムの解明が今後の研究課題であるとする。（2016/10/21 マイナビニュース）』（http://news.mynavi.jp/news/2016/10/21/099/）
二酸化炭素は空気中に大量にある！
特に現在、人類は二酸化炭素の増加に頭を悩めているのである。その二酸化炭素が、特殊なナノ触媒を使うことで直接エタノールに変換できる！
これは画期的なことである。
エタノールと言えば酒の成分として身近な存在だが、最近は主にバイオエタノールなど代替燃料として注目されている。
ブラジルでは、エタノールを大量にガソリンに混合して使っている話を聞いた人も居るであろう（ブラジルはいかにバイオエタノールをモノにしたのか）。
また、エタノールを燃料電池に使い発電することも可能だ（日産、バイオエタノールを水素に改質して電気を発生させる新たな燃料電池自動車を開発）。
尤も、新たに開発された触媒を使って二酸化炭素からエタノールを作る際にも電力が必要らしいから、全体のエネルギー収支的にはプラスにはならないのであるが。しかし、原発などで夜間に発電した余剰電気を使いエタノールを生産してストックしておくという使い方が出来るようになる。原発は、一度稼働させたら基本的に常時稼働だから、無駄を随分減らせる筈である。
エタノールはエチレンやエチレングリコールなどの原料にも出来るから、燃料としてだけではなくプラスチックなどの工業原料としても使えるだろう。
即ち、この技術が実用化されれば、化石燃料への依存を大きく減らせる筈だ。
第二次大戦以来、脱化石燃料は我が国の悲願である。この触媒によるエタノール製造を原発と組み合わせれば効果的な脱化石燃料の手段となるのは間違いない。アメリカで開発されたこの技術を、日本でも研究するべきだ！
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