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| 会社種別 | プライベート |
|---|---|
| 業界 | 化学産業 |
| ジャンル | 炭素回収・貯留、イオン交換膜 |
| 設立 | 2009年9月9日、米国イリノイ州シャンペーン |
| 本部 | 、 私たち |
| 製品 | サステニオンアルカリイオン交換膜、二酸化炭素および水電解装置 |
| Webサイト | 二酸化ケイ素 |
ダイオキサイドマテリアルズは2009年にイリノイ州シャンペーンで設立され、現在はフロリダ州ボカラトンに本社を置いています。主な事業は、世界の二酸化炭素排出量を削減する技術の開発です。ダイオキサイドマテリアルズは、二酸化炭素、水、再生可能エネルギーをカーボンニュートラルな ガソリン（石油）またはジェット燃料に変換する技術を開発しています。用途には、CO2リサイクル、[1]持続可能な燃料生産[1]、再生可能エネルギーの削減の削減[2] [3]（つまり、グリッドで使用できなかった再生可能エネルギー[2]）などがあります。
二酸化炭素電解技術
二酸化炭素電解装置は、ダイオキサイド マテリアルズの事業の主要部分です。[4]この作業は、二酸化炭素の電気化学的還元の ためのより優れた触媒を見つけるという米国エネルギー省の課題に応えて開始されました。[5] 当時は過電圧(つまり無駄な電圧) が高すぎ、還元率が低すぎたため、実用化には至りませんでした。[5] [6] ダイオキサイド マテリアルズの研究者は、金属とイオン液体からなる二機能性触媒が二酸化炭素の電気化学的還元の過電圧を下げることができると理論づけました。実際、銀ナノ粒子と、等量の 1-エチル-3-メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート (EMIM-BF4) と水を含むイオン液体溶液の 2 つの触媒を組み合わせると、 CO2から一酸化炭素 (CO) への変換の過電圧が約 1 ボルトからわずか 0.17 ボルトにまで下がることがわかりました。[7] その後、他の研究室の研究者が、多くの金属といくつかのイオン液体でこの発見を再現しました。[8]二酸化物質は、アルカリ水の電気分解[9] [10]およびアセチレンのヒドロカルボキシル化[11]（「レッペ化学」） でも同様の増強が起こることを示している。
この時点では、イミダゾリウムが二酸化炭素の電気化学的還元の過電位をどのように下げることができるかについては、まだ疑問が残っています。CO 2の電気分解の最初のステップは、CO 2または CO 2 を含む分子複合体に電子を追加することです。結果として生じる種は、左の図で「CO 2¯」と表示されています。イオン液体がない場合、種を形成するには、分子あたり少なくとも 1 電子ボルトのエネルギーが必要です。[12]その電子ボルトのエネルギーは、反応中に大部分が無駄になります。Rosen ら[7]は、イオン液体の存在下で新しい複合体が形成されるため、1 eV のエネルギーが無駄にならないと仮定しました。この複合体により、反応は右の図の緑色の経路をたどることができます。最近の研究では、新しい複合体は両性イオンであることが示唆されています[ 13] 他の可能性のある経路 (つまり、両性イオン以外) については、Keith ら[14]で説明されています。[15] Verdaguer-Casadevall ら。[16]およびShiら。[17]
サステインメンブレン
残念ながら、イオン液体は腐食性が強すぎるため、実際の二酸化炭素電解装置には使用できないことが判明しました。イオン液体は強力な溶媒であり、市販の電解装置のシール、炭素電極、その他の部品を溶解/腐食します。そのため、実際に使用することは困難でした。
腐食を避けるため、ダイオキサイドマテリアルズはイオン液体触媒から触媒アニオン交換ポリマーに切り替えました。[18] [19]多くのポリマーがテストされ、右の図に示すイミダゾリウム官能化スチレンポリマーが最高の性能を示しました。[18] [20] 膜はサステインという商品名でした。サステイン膜の使用により、CO2電解槽の電流と寿命が商業的に有用な範囲まで上昇しました。 [ 21] [22] [23] [24] [25]サステイン膜は、60℃のアルカリ性条件下で100mS/cmを超える導電率を示し、[10] 1M KOH中で数千時間安定しており、[10]多くの異なる用途に役立つ物理的機械的安定性を提供します。膜は、高電流密度のCO2電解槽で3000時間を超える寿命を示しました。 [26] [10]最近の研究では、最適化されたカソードを備えた細胞膜は、200mA/ cm2で最大158日間動作できることが指摘されています。[27]
参考文献
- ^ ab ARPA-E 概要: CO2 を燃料と化学物質に変換する
- ^ ab Lori Bird、Jaquelin Cochran、Xi Wang、「風力および太陽エネルギーの抑制：米国における経験と実践」、NRELレポートNREL/TP-6A20-60983、2014年3月
- ^ ARPA-E 概要:高効率水素製造
- ^ 二酸化ケイ素材料のウェブサイト
- ^ ab A. Bell et al. 基礎研究にはエネルギーのための触媒が必要、DOE PNNL-17214
- ^ ハルマンとスタインバーグ、「温室効果ガス二酸化炭素緩和」、ルイス出版社、1999年。ISBN 1-56670-284-4
- ^ ab Brian A. Rosen、Amin Salehi-Khojin、Michael R. Thorson、W. Zhu、Devin T. Whipple、Paul JA Kenis、Richard I Masel *、イオン液体による低過電位でのCO 2から CO への選択的変換、Science Vol. 334 no. 6056 pp. 643-644 (2011) doi :10.1126/science.1209786。
- ^低過電圧での イオン液体を介した CO 2からCO への選択的変換に関する引用
- ^ RI Masel、Z. Liu、SD Sajjad 陰イオン交換膜電解槽は 2 V 未満で 1 A/cm2 を示す、ECS Transactions、75 (14) 1143-1146 (2016) doi :10.1149/07514.1143ecst
- ^ abcd Zengcai Liu、Syed Dawar Sajjad、Yan Gao、HongzhouYang.ジェリー・J・カチュールRichard I.Masel、アルカリ水電解装置に対する膜の効果、国際水素エネルギージャーナル 42(50)、29661-29665 (2017) doi :10.1016/j.ijhydene.2017.10.050
- ^ Richard I. Masel、Zheng Richard Ni、Qingmei CHEN、Brian A. Rosen、「アクリル酸の持続可能な製造方法」、米国特許9790161 [1]
- ^ Chemistry Views (Elsevier)少ないエネルギーでCO2を変換する
- ^ Mark Pellerite、Marina Kaplun、Claire Hartmann-Thompson、Krzysztof A. Lewinski、Nancy Kunz、Travis Gregar、John Baetzold、Dale Lutz、Matthew Quast、Zengcai Liu、Hongzhou Yang、Syed D. Sajjad、Yan Gao、Rich Masel「燃料電池および電解装置用イミダゾリウム官能化ポリマー膜」、ECS Trans. 2017 80(8): 945-956; doi :10.1149/08008.0945ecst
- ^ John A. Keith および Emily A. Carter、「表面結合窒素ヘテロサイクル触媒による電気化学的 CO2 還元メカニズムに関する理論的考察」、J. Phys. Chem. Lett.、2013 年、4 (23)、pp 4058–4063 doi :10.1021/jz4021519
- ^ Jonathan Rosen、Gregory S. Hutchings、Qi Lu、Sean Rivera、Yang Zhou、Dionisios G. Vlachos、Feng Jiao、「ナノ構造Ag表面におけるCO2からCOへの電気化学的還元に関するメカニズムの考察」、ACS Catal.、2015年、5（7）、pp 4293–4299 doi :10.1021/acscatal.5b00840
- ^ Arnau Verdaguer-Casadevall、Christina W. Li‡、Tobias P. Johansson、Soren B. Scott、Joseph T. McKeown、Mukul Kumar、Ifan EL Stephens、Matthew W. Kanan*、およびIb Chorkendorff*酸化物由来の銅電気触媒におけるCO還元の活性表面部位の調査、J. Am. Chem. Soc.、2015、137 (31)、pp 9808–9811 doi :10.1021/jacs.5b06227
- ^ Chuan Shi、Heine A. Hansen、Adam C. Lauscheb、Jens K. Nørskov、開放型および密充填型金属表面における電気化学的 CO2 還元活性の傾向、Phys. Chem. Chem. Phys.、2014、16、4720-4727 doi :10.1039/C3CP54822H
- ^ ab RI Masel、Qingmei Chen、Zengcai liu、Robert Kutz、「イオン伝導性ポリマー」、米国特許 9580824
- ^ Richard I. Masel、Amin Salehi-Khojin、Robert Kutz、「二酸化炭素変換のための電気触媒プロセス」、米国特許 981501
- ^ Robert Brian Kutz、Qingmei Chen、Hongzhou Yang、Syed Dawar Sajjad、Zengcai Liu、Richard Masel、「二酸化炭素電気分解のための持続性イミダゾリウム官能化ポリマー」、Energy Technology 5、(6) 929-936 (2017) doi :10.1002/ente.201600636
- ^ RF Service、「ゴミ」二酸化炭素を燃料に変える2つの新しい方法、サイエンス、2017年9月1日
- ^ Steven K Ritter、「 CO2電解槽の商業化が近づいている」、C&E News、第93巻第13号、p. 30。2015年3月30日
- ^ マーク・ハリス、二酸化炭素を燃料に変える起業家たち、ガーディアン、2017年9月14日
- ^ SAVVY: 二酸化炭素を製品に変えるNew Straitus Times、2017年12月3日。
- ^ Michael Foertsch、これらの方法は CO2 を安価なエネルギーに変える、Wired、2017 年 9 月 24 日
- ^ Syed D. Sajjad、Yan Gao、Zengcai Liu、Hongzhou Yang、Rich Masel電気化学アプリケーション向け調整可能高性能 Sustainion™ アニオン交換膜ECS Transactions、77(11): 1653-1656 (2017) doi :10.1149/07711.1653ecst
- ^ Zengcai Liu 他、2018 J. Electrochem.社会165 J3371 DOI 10.1149/2.0501815jes