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今回、Ung Lee 氏らは、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について報告している (K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01 ). 003;2024)。この研究では、製造プロセスのいくつかの重要な要素の最適化が実証されている。反応器レベルでは、触媒効率、形態、水溶性、熱安定性、大規模資源の入手可能性などの主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る。ここで、著者らは、混合共有結合トリアジンビピリジルテレフタロニトリルフレームワーク (Ru/bpyTNCTF と呼ばれる) に担持されたルテニウム (Ru) 触媒を使用した。彼らは、効率的な CO2 の捕捉と変換に適したアミン ペアの選択を最適化し、CO2 を捕捉してギ酸塩を生成する水素化反応を促進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) を選択した。アミンを分離した後、トランス付加物の形成を介してギ酸塩を分離して、FA をさらに生産することができる。さらに、CO2 変換を最大化するために、温度、圧力、および H2/CO2 比に関して反応器の運転条件を改善した。プロセス設計に関しては、滴下床反応器と 3 つの連続蒸留塔からなる装置を開発した。残留重炭酸塩は最初の塔で蒸留除去され、NBIM は 2 番目の塔でトランス付加物を形成して準備され、FA 製品は 3 番目の塔で得られる。原子炉とタワーの材料の選択も慎重に検討され、ほとんどのコンポーネントにはステンレス鋼（SUS316L）が選ばれ、第3タワーには燃料集合体の腐食に対する耐性により原子炉の腐食を低減するために市販のジルコニウム系材料（Zr702）が選ばれました。また、コストも比較的低く抑えられています。
理想的な原料の選定、滴下床反応器と3基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充填材の慎重な選定、反応器の運転条件の微調整など、製造プロセスを綿密に最適化した結果、著者らは、1日あたり10kgの燃料集合体を製造でき、100時間以上安定運転を維持できるパイロットプラントを構築したことを実証した。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燃料電池車に匹敵する。
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