ヘザー・ウィラウアー

ヘザー・ウィラウアー
ウィラウアー氏は合成燃料のサンプルを披露した
生まれる	1974年（49～50歳）
市民権	アメリカ合衆国
母校	ベリーカレッジ アラバマ大学
知られている	海水からの合成燃料
科学者としてのキャリア
フィールド	分析化学
機関	アメリカ海軍研究所

ヘザー・D・ウィラーアー（1974年生まれ）は、ワシントンD.C.の米国海軍研究所（NRL）に勤務するアメリカ人の分析化学者および発明家です。研究チームを率いるウィラーアーは、従来の水電気分解で回収した水素（H ₂）と並行して、海水から溶解した二酸化炭素（CO ₂ ）を除去する方法の特許を取得しました。ウィラーアーはまた、海軍航空機のジェット燃料を合成するために、一酸化炭素（CO）と水素ガスを複雑な炭化水素液体に再結合させる連続フィッシャー・トロプシュ法を可能にするために必要な触媒の改良も模索しています。

海軍にとって特に重要なのは、海を越えたジェット燃料の長距離輸送にあまり依存せずに、遠隔地で海軍航空作戦を維持できる可能性です。海軍はまた、海水成分から抽出した水素と二酸化炭素から灯油を合成できる陸上施設の建設の実現可能性も研究しています。大量の水素を生成するには水の電気分解に非常に高い電力が_必要であるため、戦略的な場所にある海に近い離島の陸上に建設された産業施設に燃料を供給するために、原子力発電所または海洋温度差発電(OTEC) が必要です。

ウィラウアーはジョージア州のベリー大学に入学し、1996年に化学の学士号を取得して卒業した。^[1] 1999年半ば、彼女はアラバマ州ガルフショアーズで開催された第11回水性二相系における分配に関する国際会議に参加した。^[2] 2002年に、彼女はアラバマ大学で分析化学の博士号を取得し、論文「ABSにおける相挙動と溶質分配の基礎と製紙業界への応用」を執筆した。「ABS」は「水性二相系」の略語である。^[3]彼女はNRLで准研究員として働き始め、2004年に研究化学者の地位に昇進した。^[1]

ウィラウアーはベリー大学を卒業後、二相性システムと相転移の研究を始めました。1998年に彼女は繊維製造廃液から貴重な染料を回収する可能性について水性二相性システム（ABS）を研究しました。彼女はイオンと触媒を調査しました。^[4]

2000年代にウィラウアーは、フィッシャー・トロプシュ法を用いて海水から_CO2とH2_を抽出する方法の研究を始めました。^[5]彼女はまた、改質鉄(Fe)触媒を調査し、これらの分子をジェット燃料に再結合するためのゼオライト(ナノ多孔質アルミノケイ酸塩)触媒担体を 研究しました。

これまでの研究では、海水中の無機炭素種で優勢な（モル分率96%）重炭酸イオン（HCO 3 – ）の形のCO 2 は、_海水^から_{経済的に除去することはできないと結論付けられていました。} ^[6]しかし、陽イオン透過膜を備えた改造電気分解セル（3室電気化学的酸性化セルと呼ばれる）によって海水を酸性化することにより、^{[7] pH 6未満でHCO} ₃ ^{– を}CO ₂に経済的に変換し、抽出収率を高めることができます。2011年1月、NRLはフロリダ州キーウェスト海軍航空基地に海水電気分解セルのプロトタイプを設置しました。^[8]

2017年、ウィラウアーらは、電解陽イオン交換モジュール（E-CEM）の形で海水からCO2を抽出する装置_の特許を取得しました。E-CEMは、海水から合成燃料を製造するための「重要なステップ」と見なされています。特許に名前が記載されている他の研究者は、フェリーチェ・ディマシオ、デニス・R・ハーディ、ジェフリー・ボールドウィン、マシュー・ブラッドリー、ジェームズ・モリス、ラマゴパル・アナント、フレデリック・W・ウィリアムズです。^[9]

Willauerら（2012）は、海水からジェット燃料を1日あたり最大10万米ガロン（38万リットル）の量で合成でき、コストは1ガロンあたり3～6ドルであると推定しました。^{[10] [11] [7]} Willauerら（2014）は、フィッシャー・トロプシュ触媒を改変することで、メタノールや天然ガスなどのさまざまな燃料や、ジェット燃料の構成要素として使用できる オレフィンを合成できることを示しました。

Willauerらは、 1 ガロンのジェット燃料を合成するために必要な 量の水素と CO2 を得るには、約 23,000 米ガロン (87,000 L) の海水をこのプロセスに通す必要があると計算しました_。

海水が選ばれたのは、体積で大気中の140倍もの_{二酸化炭素が含まれており、従来の水電気分解でも水素が}生成されるからである。海水を処理する装置は、空気を処理する装置よりもはるかに小さい。ウィラウアーは、海水が合成ジェット燃料の供給源として「最良の選択肢」であると考えた。^{[12] [13]} 2014年4月までに、ウィラウアーのチームはまだ軍用ジェット機に必要な品質基準を満たす燃料を製造していなかったが、^{[14] [15]} 2013年9月には、その燃料を使用して、一般的な2ストローク内燃エンジンを搭載したラジコン模型飛行機を飛ばすことができた。^[8]

このプロセスには相当量の電気エネルギーの投入が必要であるため^[11]（主に水の電気分解による_水素製造と、少量ではあるが海水からの_{二酸化炭素回収に約250MWの電力）、} ^[11]大型船では、原子力航空母艦であっても実施することはできない。フィッシャー・トロプシュ法に必要な2つの必須成分である_水素と二酸化炭素_（実際には二酸化炭素）を得るために海水を処理するための設備は、戦略的に遠隔地にある島（ハワイ、グアム、ディエゴガルシアなど）の海に近い陸上に建設し、原子炉または海洋温度差発電（OTEC）で稼働させる必要がある。

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• 海水からの二酸化炭素と水素の抽出およびそこからの炭化水素の生成出願日: 2010 年 12 月 2 日。認可日: 2011 年 11 月 17 日。
• 多層ガス透過膜を使用した海水/水性重炭酸塩システムからの CO の回収。出願日: 2009 年 6 月 25 日。認可日: 2012 年 11 月 20 日。
• 二酸化炭素水素化反応に使用する触媒担体。出願日: 2010 年 10 月 28 日。付与日: 2014 年 2 月 25 日。
• 酸性化した海水から二酸化炭素を連続的に回収する方法2012 年 8 月 10 日出願。2014 年 3 月 4 日付与。