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今回、Ung LeeらはJoule誌に、二酸化炭素を水素化してギ酸を製造するパイロットプラントの研究結果を報告しました（K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01). 003;2024）。この研究は、製造プロセスのいくつかの重要な要素の最適化を実証しています。反応器レベルでは、触媒効率、形態、水溶性、熱安定性、大規模資源の可用性といった重要な触媒特性を考慮することで、必要な原料量を低く抑えながら反応器の性能を向上させることができます。著者らは、混合共有結合性トリアジンビピリジルテレフタロニトリル骨格に担持されたルテニウム（Ru）触媒（Ru/bpyTNCTF）を使用しました。彼らは、効率的なCO2回収と変換のために適切なアミンペアの選択を最適化し、CO2を回収して水素化反応を促進してギ酸を形成する反応性アミンとしてN-メチルピロリジン（NMPI）を選択し、反応性アミンとしてN-ブチル-N-イミダゾール（NBIM）を選択しました。アミンを単離した後、トランス付加物の形成によるFAのさらなる製造のためにギ酸を単離することができます。さらに、彼らは、CO2変換を最大化するために、温度、圧力、H2/CO2比に関して反応器の動作条件を改善しました。プロセス設計の面では、散水床反応器と3つの連続蒸留塔からなる装置を開発した。残留重炭酸塩は第1塔で蒸留され、第2塔でトランス付加物を形成することによってNBIMが調製され、第3塔でFA製品が得られます。原子炉とタワーの材料選択にも慎重に検討され、ほとんどの構成部品にステンレス鋼（SUS316L）が選択され、燃料集合体の腐食に対する耐性により原子炉の腐食を軽減するために第3タワーには市販のジルコニウムベースの材料（Zr702）が選択されました。コストも比較的低くなっています。
著者らは、理想的な原料の選択、散水床反応器と3つの連続蒸留塔の設計、腐食を低減するための塔本体と内部パッキングの材料の慎重な選定、反応器の運転条件の微調整といった製造プロセスの綿密な最適化を経て、1日あたり10kgの燃料集合体を製造し、100時間以上安定的に運転できるパイロットプラントを建設した。綿密な実現可能性分析とライフサイクル分析により、このパイロットプラントは従来の燃料集合体製造プロセスと比較して、コストを37%、地球温暖化係数を42%削減した。さらに、プロセス全体の効率は21%に達し、そのエネルギー効率は水素を動力源とする燃料電池自動車に匹敵する。
Qiao, M. 水素化二酸化炭素からのギ酸のパイロット生産. Nature Chemical Engineering 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2