Airteenth와 바카라 양방은 탄소 중립을 취합니다!

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2024/01/31

AIST와 바카라 양방은 도전에 도전합니다탄소 중립이 달성되었습니다! "Ionic Liquid"및 "Hollow Fiber Membrane Technology"를 가진 CO₂별도의 복구

2050 년에 탄소 중립성을 실현하려면 CO₂배출을 억제하는 기술뿐만 아니라 방출₂를 분리, 수집 및 수정하려면 부정적인 배출 기술이 필요합니다 AIST와 바카라 양방 CORPORATION (이하 바카라 양방이라고 함)은 현재 대기 중에 CO를 제공하고 있습니다₂4133_4190 |공기 희석 CO₂선택적으로 분리하고 회복하는 막의 공동 개발 4217_4238 |나는 그것을했다 (2022/11/11 보도 자료 기사) 이것은 바카라 양방T에 의해 수년 동안 수행되었습니다"Ionic Liquid"의 결과그리고 바카라 양방이 재배되었습니다"멤브레인 및 필름 형성"과 관련된 기술이것의 한 형태가되었으며 회사와 연구소 간의 공동 연구의 결과라고 할 수 있습니다 우리는 AIST와 바카라 양방의 협력 작업이 어떻게 등장했는지와 그들이 극복하는 어려움의 과정을 추적했습니다

다공성 막 및 CO에 혼합 된 이온 성 액체 함침₂별도

2050 년에 탄소 중립을 달성하기 위해 대기로 공동으로 배출되었습니다₂를 분리하고 수집하는 부정적인 배출 기술, 지하를 저장하고 수정하여 부정적인 관심을 끌고 있습니다 이 기술의 출발점은 공동입니다₂를 분리하고 수집하는 DAC (직접 공기 캡처)입니다 최근 몇 년 동안 화학 흡수 및 화학 흡착을 사용한 방법의 경험적 연구 및 상업화는 주로 유럽과 미국에서 수행되었습니다 (바카라 양방T Magazine "DAC는 무엇입니까?") 그러나 현재 조사중인 DAC 기술은 공동입니다₂큰 도전입니다

AIST와 바카라 양방은 이전 연구 및 개발의 결과를 모았으며, 분리 및 회복에 사용될 에너지를 적게 사용할 수있는 방법을 찾고, "이온 성 액체를 사용한 막 분리 방법을 사용하는 CO"₂분리 및 회복의 실질적인 사용"이 될 것으로 결정되었다

이온 성 액체는 실온 근처의 융점이있는 액체 염이며, 발견 된 것은 20 세기 초로 거슬러 올라갑니다 처음에, 이온 성 액체는 열적 또는 화학적으로 안정적이지 않았지만 1980 년대 이래로 많은 개선으로 안정성이 높아졌습니다 최근 몇 년 동안, Applied Research는 리튬-이온 배터리의 전해질 및 전해질뿐만 아니라 다양한 반응 용매 및 윤활제로 사용되도록 진행되었으며 일부는 이미 상용화되었습니다

2000 년대 이후로 주목을 받고있는 이온 성 액체의 적용 중 하나는 CO₂의 분리 및 복구입니다 이온 성 액체는 CO₂및 많은 양의 CO₂한편, 질소 (N₂)와 같은 가스는 이온 성 액체에 거의 용해되지 않습니다 용해도의 이러한 차이를 활용하여 Co₂ya n₂가스 혼합 된 가스의 공동₂만 선택하고 검색 할 수 있습니다 이 이온 성 액체를 필름에 통합하여 CO₂를 분리하기 위해 "멤브레인"으로 사용할 수 있습니다 멤브레인이있는 CO₂분리 및 회복 방법 (멤브레인 분리 방법)에서 멤브레인 중 하나에 공기 또는 배기 가스가 공급되고 다른 하나는 진공 펌프를 사용하여 압력을 줄임으로써 감소합니다₂를 분리하므로 원칙적으로 열 에너지가 필요하지 않습니다 하지만 DAC의 CO₂분리 멤브레인에 사용되는 이온 성 액체는 얇은 대기 CO₂강력한 CO를 캡처하는 중₂쉽게 해제 할 수있는 모순 능력이 필요합니다

바카라 양방T는 약 20 년 동안 다양한 가스에서 CO를 제공해 왔습니다₂를 제거하기 위해 이온 성 액체를 분리 물질로 사용하는 방법을 연구하고 있습니다 기본 연구는 다양한 양이온 및 음이온으로 구성된 이온 성 액체의 합성 및 CO₂흡수량을 포함한 다양한 성능 평가 기술을 개발했습니다 가장 중요한 연구 결과 중 하나는 두 가지 유형의 이온 성 액체를 다른 역할과 혼합하면 흡수 및 소산 단계를 가속화한다는 발견입니다 (2022 년에 발표) 바카라 양방T의 화학 공정 연구 부서의 연구 그룹 이사 인 Makino Takashi는 다음과 같이 결과에 대해 이야기합니다

"첫째, 우리는 모든 각도에서 단일 이온 성 액체의 분자 구조를 연구했습니다 이것은 우리가 수년간의 연구에 걸쳐 재배 한 축적 된 경험과 직관이었습니다 그러나 우리는 '두 개의 액체를 혼합 할 때 어떤 일이 일어날 것인가'에 대한 아이디어를 가지고 있었지만, 실제로 성능이 얼마나 많이 개선 될지에 대한 높은 기대치를 가지고 있었지만, 우리는 우리가 예상보다 더 높아질 것임을 발견했습니다

This "mixed ionic liquid membrane" developed in collaboration with 바카라 양방 has the same concentration (004%) as CO₂를 사용한 테스트에서₂/n₂의 선택성 기존 중합체 막의 약 500 배였다 이것은 오늘날의 DAC 분리 멤브레인에서 가장 높은 클래스 자료입니다

"거리"및 "집에 머무는"

AIST와 팀을 이루는 바카라 양방은 오사카 시티에 본사를 둔 주요 포괄적 인 화학 제조업체이며, 타이오 후기 초기부터 초기 Showa 시대에 이르기까지 셀룰로이드를 제조하고 판매함으로써 회사의 토대를 마련했습니다 여전히 자동차 에어백 인플레이터 및 다양한 필터에서 세계 최고의 주식 중 하나를 자랑합니다 지금까지 그들은 광범위한 분야에서 AIST와 함께 공동 연구를 수행하고 있지만 2017 년에는 이온 성 액체 막에 대한 연구에 관한 Makino 및 다른 사람들과 협력하기 시작했습니다 회사의 비즈니스 제작 센터의 최고 멤버 인 Oda Hiroshi는이 공동 연구가 시작된 이유에 대해 다음과 같이 설명합니다

"바카라 양방은 또한 스마트 폰 보호 필름 및 LCD TV 영화와 같은 기본 필름에 기능 레이어가 코팅되는 제품을 제조하고 판매합니다 우리 직원들은 학술 회의에서 AIST 연구원들과 대화 할 수있는 기회를 가졌으며"우리는 우리의 영화에서 AIS의 이온적 액체를 함침하여 새로운 용도를 개발할 수있을 것인가? "

ODA는 필름과 "이온 성 액체"의 조합의 개발에 대해 다음과 같이 계속합니다

"혼합 이온 성 액체 자체는 CO₂분리 및 복구 기술로서 큰 잠재력을 가지고 있지만 분리 효율을 높이려면 함침 막이 중요합니다 먼저, 우리는 세라믹으로 만든 얇은 다공성 기능 층을 시트와 같은 막에 적용하는 방법을 고려했습니다 처음에, 우리는 층이 얇아 효율을 향상시킬 것이라고 생각했지만 기능 층의 분리 성능은 그다지 강하지 않습니다 그는 일부 연구를 수행 한 후 "기능적 층을 코팅하는 기술은 충분해야한다"고 말했다₂분리 멤브레인으로 사용하기에는 너무 얇아 졌기 때문에 알았지 만 알아내는 데 시간이 걸렸습니다 "

바카라 양방은 몇 개의 새로운 막 샘플을 만들어 AIST에 가져와 혼합 된 이온 성 액체로 함침하여 분리 막의 성능을 측정했습니다 이것은 여러 번 반복되었습니다 이 협력은 Makino와 다른 사람들이 위치한 AIST Tohoku Center (Miyagi Prefture), ODA가 일하고있는 바카라 양방 Business Creation 본부, Hyogo Precture의 공동 창조 기반, 새로운 재료를 계획하고 개발하는 Kanzaki Factory를위한 AIST Tohoku Center (Miyagi Perfecture), 바카라 양방 Business Creation 본부, Co-Creation Base, Kanzaki Factory 사이를 계속 여행했습니다 그러나 2020 년 초, Covid-19가 발발하고 충격이 퍼지면서 대면 작업을 수행하는 것은 불가능 해졌습니다

"우리는 매달 원격 회의를 열었습니다 그러나 우리는 모두를 만나고 실제 샘플을 논의 할 수 없었기 때문에 우리 모두는 걱정했습니다"왜 성능이 향상되지 않습니까? 우리는 무엇을해야합니까? "그리고 우리는 모두 좌절했습니다"Oda는 당시 회상합니다

이 개발을 앞으로 나아가려면 2022 년부터 ODA와 함께 COS를 제공 할 것입니다₂에 대한 별도의 회수 및 회수 된 멤브레인을 개발하기 위해 노력하고 있습니다 Takao는 원래 바카라 양방이 전문화하는 수처리 막 엔지니어였습니다

"개발 장벽,"문제는 무엇입니까? "수처리 기술 상황에서는 일반적으로 확인할 수 없습니다 분리 및 회복 멤브레인의 개발에 관여했을 때, 나는 다시 한 번 문제를 구성하고 핵심 요점을 이해하고 더 깊이 파고 들고 해결하는 것이 얼마나 중요한지 다시 한 번 깨달았습니다" 바카라 양방T는 또한이 연구를 더욱 발전시키기 위해 새로운 회원을 추가했습니다 그는 미국에서 대학생 이었기 때문에 이온 성 액체를 사용해 온 CO입니다₂이것은 막을 분리하는 수석 연구원 인 Kono Yuki입니다

"제가 미국에 있었을 때 2013 년경에 저는 미국에 있었고, 합병 된 석탄 가스화 발전소의 배기 가스를 포함하여 30%를 초과하는 고농도의 CO가있었습니다₂₂를 분리하는 기술에 대한 연구 일반적이었습니다 고농도 가스로부터의 분리 및 400ppm (004%)의 중간 정도의 대기 농도로부터의 분리는 본질적으로 이온 성 액체의 성질과 다릅니다 따라서 새로운 아이디어를 사용하여 이온 성 액체의 합성을 진행할 필요가있었습니다 이온 성 액체가 더 잘 작동하더라도 막 기술이 괜찮습니까? 어려운 시행 착오를 겪지 않고 최적의 해결책을 찾지 못했을 것입니다 "라고 그는 회상합니다

어려운 분리기 개발 - 중공 섬유 막의 아이디어와 함께 재 할수

2017 년 공동 연구가 시작된 이래 5 년째 바카라 양방T는 마침내 혼합 이온 성 액체를 사용하여 분리막을 개선하기 위해 노력해 왔으며 CO₂우리는 전년도보다 500 배 높은 이온 성 액체를 성공적으로 개발했습니다 반면, 바카라 양방은 일정한 두께가 제어 된 공장에서 분리 막의 샘플 시트를 완성했습니다 이로 인해 혼합 이온 성 액체에 담긴 분리 막 층을 쌓아서 부품을 생성 할 수 있으며 분리 막 모듈의 개발이 한 번에 수행 될 수 있기를 희망했다

그러나 그렇게 쉽지 않았습니다 "Even though the performance of the single membrane was gradually improving, we were not able to achieve the required level for the initial product We thought, 'In that case, we had no choice but to stack this sheet-like membrane in multiple layers,' so we designed a prototype of the machine in that direction, but it didn't work CO₂Depressurize one side of the membrane to separate the 9987_10218|, but to do so, it must ensure the airtightness of the entire device If you try to stack sheet-like membranes until performance reaches the target level, you will need to securely seal with a metal frame to maintain airtightness, resulting in a very large size of the entire device When the prototype arrived at our laboratory, the weight and size of the device that could not be lifted by one person was stunned, and I was forced to admit that I could not use it in this way" (Oda)

바카라 양방 측에서 분리막 모듈의 개발은 중단 될 것으로 보인다 실제로, 시트와 같은 막을 쌓기위한 모듈의 개발은 바카라 양방 내에서 공식 연구 주제로 인식되지 않았으며이를 중단시켰다 그러나 ODA와 다른 사람들은 "지하"에서 연구 개발을 계속하고 있습니다

"우리가 사회를 구현할 수있는 시점 에이 연구를 가져올 수 있다면, 미래의 탈탄화 사회에서 그 영향은 헤아릴 수 없을 것입니다 나는 여전히 포기하고 싶지 않다고 느꼈습니다 우리 회사 내에서 공식적인 연구 주제로 인식되지는 않지만, 내 머리 속에서 계속 생각할 수는 없지만,"강한 의지로 계속 도전 할 수 있습니다

우리가 다양한 대안을 탐색함에 따라, 중공 섬유 막이 현재 가장 가능성이 높은 것으로 간주됩니다 이것은 빨대와 마카로니와 같은 빈 중심이있는 막으로, 단위 부피에서 많은 양의 막 영역을 섭취 할 수 있으며, 불순물을 제거하고 정화 할 목적으로 가정용 수 정화기, 산업용 수 정화기 및 물 정제 식물에 널리 사용되었습니다 바카라 양방은 수처리 기술의 노하우를 가지고 있습니다 중공 광섬유 막에 세라믹 기능 층을 코팅하기위한 선례는 없지만 해외 회사의 경우가 있었으며 바카라 양방의 기술로이를 가능할 것으로 예상합니다

"시트와 같은 막에 대한 연구 및 개발을 수행하는 다른 회사들이있는 것 같습니다 따라서 중공 섬유 막을 연주하는 것이 분화로 이어집니다이 방법은 비용 문제가 있지만이를 극복 할 가치가 있어야합니다"

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탄소 재활용 기술 설립

DAC가 탄소 중립을 달성하기위한 필수 기술이라는 인식은 점점 더 널리 퍼지고 있습니다 그러나 전 세계에서도 소수의 사례 만 상용화에 도달했으며 회복 및 에너지 효율의 발달뿐만 아니라 흡수성 재료 및 분리 막의 개발에 많은 문제가 남아 있습니다

"새로운 방법을 시도하려고 할 때, 바카라 양방T와 상담하면 '이 기술을이 기술과 결합하면 어떻게 될까요?', 우리는 대부분 바카라 양방T 내에서 분야에 연구원이있을 것입니다 우리는 시설에 있지 않더라도 연구원들로부터 배울 수 있도록 연구원과 회사를 소개 할 수 있습니다 우리는 바카라 양방T와 협력하여 회사로서 기술을 추구하는 폭과 깊이를 확장 할 수있는 기회로보고 있습니다

바카라 양방T의 경우 회사와의 협력은 사회적 구현 및 기술 상용화를위한 중요한 가속기가되었습니다 "우리는 상용화에 대한 경험이나 지식이 거의 없다 특히 시장에서 시장성, 제품 비용, 안전 등은 실험실에서보기가 어렵다 우리는 회사의 관점에서 이러한 문제를 제공 할 수없고 실제로 제조 작업을 할 수 없다는 것에 감사한다"고 Makino는 또한이 협업에서 큰 가치를 발견했다

경제 무역 및 산업부의 로드맵에서 DAC는 2040 년 이후 실질적인 사용 개발을위한 목표이며 여전히 갈 길이 멀다 그러나이를 달성하기 위해 AIST 및 회사와 같은 연구 기관은 다양한 어려움을 극복하기 위해 시행 착오와 협력해야합니다 AIST 연구원과 바카라 양방 엔지니어는 탄소 중립을 달성하려는 공통의 목표를 향해 한 단계 씩 계속해서 앞으로 나아가고 있습니다

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*1 : Kohno, Yuki 등 "직접 공기 캡처를위한 이온 성 액체 혼합물 : 절대 엔탈피가 낮은 우수한 CO2 흡수에 의해 구동되는 고산화탄소 투과"ACS 오메가746 (2022) : 42155-42162[참조로 돌아 가기]