燃焼排ガスや空気からCO２を回収可能なガス分離膜『アミン含有ゲル粒子膜』を開発

　九州大学大学院工学研究院の星野友准教授、工学府修士課程の行部智洋（研究当時）らの研究グループは、九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所の谷口育雄准教授および株式会社日本炭素循環ラボ（JCCL社）と共同でCO2を選択的に透過する高性能な分離膜『アミン含有ゲル粒子膜』の開発に成功しました。
　CO2排出量の削減のために燃焼後排ガスや大気中などからCO2を回収しこれを燃料や化成品に変換する技術の開発が必要とされています。また、月や火星などの有人宇宙探査においては、宇宙飛行士の呼気に含まれるCO2を回収し、酸素や食料を再生する技術の開発が必要不可欠です。これまでに様々なCO2回収技術が開発されていますがCO2を回収する際に必要なエネルギーコストが大きく、省エネルギーなCO2分離装置の開発が必要とされていました。
　本研究グループは、CO2と反応するアミンを導入したゲル微粒子を多孔性の支持膜にスプレー塗工することでCO2のみを高速に透過するCO2選択透過膜を開発することに成功しました（図１）。本塗工プロセスでは支持膜表面でゲル粒子が互いに変形、融合し、自発的に間隙を閉塞することで欠陥無く非常に薄い分離層が形成されます。そのため、様々な凹凸構造を有する多孔性の支持膜表面に欠陥が無い分離層を高い歩留まりで製造できます（図２）。
　本膜を、燃焼後排ガスを模擬したガス（CO2を10％、窒素を90％含有したガス）からのCO2分離に用いたところ、窒素に対して216倍の選択性でCO2のみを高速に透過可能でした（透過流束1,010 GPU）。また、空気を模擬した400 ppmのCO2含有ガスに対しては窒素に対して2,380倍の選択性でCO2を透過しました（透過流束1,270 GPU）。本膜により燃焼後排ガスや空気中からの１段階の膜分離で高純度なCO2を、また分離濃縮可能な小型・省エネルギーのCO2分離装置を実現できます。
　本研究成果は、2021年6月17日に米国化学会誌「ACS Applied Materials & Interfaces」で公開されました。本研究は、国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）の先端的低炭素化技術開発（JST-ALCA、JPMJAL1403）および宇宙航空研究開発機構（JAXA）の宇宙探査イノベーションハブの支援を受け行われたものです。

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工学研究院　星野　友　准教授