常圧・低濃度CO2からポリカーボネート・ポリウレタンの原料の合成に成功

国立研究開発法人 産業技術総合研究所（以下「産総研」という）触媒化学融合研究センター 触媒固定化設計チーム 小泉 博基 研究員、松本 和弘 研究チーム長、ヘテロ原子化学チーム 深谷 訓久 研究チーム長、同研究センター 崔 準哲 総括研究主幹らは、東ソー株式会社（以下「東ソー」という）と共同で、常圧・低濃度の二酸化炭素（CO₂）から、ジエチルカーボネートを合成する触媒反応を開発しました。ジエチルカーボネートは、ポリカーボネートやポリウレタンの原料、電解液、塗料などに使用されます。

従来のケイ素反応剤を利用したジエチルカーボネート合成では、十分な収率を実現するため、高純度のCO₂を用い、さらに数MPa程度まで加圧することが必要でした。そのため、高圧・高純度のCO₂を得るために火力発電所などから排出される低濃度CO₂の分離、精製や圧縮する工程にコストとエネルギーを要するという課題がありました。これに対し、本成果は、エタノールと有機強塩基を用いたCO₂の化学吸着によりエチル炭酸塩を形成させる反応を組み込むことで、排ガスに含まれる体積比15％程度のCO₂や常圧下でのCO₂を利用したジエチルカーボネートの合成に成功しました。

本手法は、従来法では利用が困難であった体積比15％の常圧CO₂を反応溶液に通気するだけで、反応に必要なCO₂を確保でき、従来法と同程度の収率でジエチルカーボネートを得ることができます。これにより、低濃度CO₂を分離するための精製や圧縮する工程を簡略化し、コストとエネルギーを削減できます。また、加圧設備を必要とせずCO₂を資源化できるため、カーボンニュートラル社会の実現に貢献します。

なお、この技術の詳細は、2024年6月7日に「ACS Omega」に掲載されました。

有機強塩基

分子内にR-X（=NR¹）-NR²R³（X＝C or P）で表される構造を有し、強い塩基性を示す有機化合物。

化学吸着

低濃度CO₂を捕集するために、化学反応を利用する手法。主にCO₂と反応するアミンなどが用いられる。他のCO₂捕集法には、溶媒へ溶解させる物理吸収法、活性炭やゼオライトなどの固体の吸着剤を利用する物理吸着法、CO₂と他の気体を選別できる膜を用いる膜分離法などがある。

地球温暖化問題の解決と化石資源からの脱却を推進するため、CO₂を資源として有用化学品へと変換するカーボンリサイクルに向けた技術開発が重要視されています。

経済産業省のカーボンリサイクルロードマップでは、CO₂の利用先として、ポリカーボネートをはじめとした化学品が例示されています。

こうした化学品の原料となるジエチルカーボネートをCO₂から合成する技術開発は、2050年の日本国内においてCO₂リサイクル量の最大化目標である約1～2億トンを達成するために必要となります。ジエチルカーボネートをCO₂から合成する技術として、高圧・高純度のCO₂の利用が報告されています。

しかし、発電所や製造所の排ガスから高圧・高純度のCO₂を得るには、分離・精製コストが必要となります。

また、これまでに報告されている合成方法では、常圧下では収率が大幅に低下してしまいます。 

さらに、低濃度CO₂を直接利用してジエチルカーボネートを合成することは技術的に極めて困難であるため、成功例はこれまで報告されていません。

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