イギリスのキール大学の科学者たちは、グリーンケミストリーの分野で二重の勝利を収めました。彼らは、食品廃棄物を同時に二つの高価値製品、すなわちグリーン水素と持続可能なプラスチックの原材料に変換できる新しいタイプの電解槽を開発しました。テストでは、この電解槽は産業関連の反応速度に達しました。大規模に応用されれば、この技術は非常に役立つでしょう。食品廃棄物は、世界の温室効果ガス排出の約8%から10%を占めており、従来のプラスチック生産は毎年数億トンの二酸化炭素とマイクロプラスチック汚染を生み出しています。
この電解槽は標準的なものではなく、膜の使用を排除しています。標準の電解槽は水を通じて水素と酸素を分解し、酸素は空気中に放出され、水素はエネルギー源として捕獲されます。しかし、このプロセスには高価なリスクが伴います。水素と酸素が混合すると爆発の危険があるため、従来のシステムでは二つのガスを分けるために高価な内部膜を使用しています。これらの膜は壊れやすく、反応を推進するために大量の電力を必要とします。キールのチームはこの問題を根本的に克服しました。研究者のチャーリー・クレッセン博士と博士課程の学生ルイス・コーシンズは、食品廃棄物から抽出された「バイオマス由来分子」をシステムに導入し、化学反応の核心を変えました。
この装置は酸素の生成を完全に停止し、酸素がないことで危険なガスの混合がなくなり、チームは高価な膜を完全に取り除くことができました。
キール大学の電解槽技術がグリーン水素と持続可能なプラスチックの生産を推進
膜の除去により、エネルギー需要が大幅に減少しました。クレッセンは「この研究は再生可能電力を使用して化石燃料を使用しないプラスチックを生産するための重要なステップです。この膜なしの構成は、より低コストで付加価値を持って運用でき、グリーン水素と持続可能な基本建材の取得を強化します」と述べています。変化した化学反応は、電池の動作電圧を1.5 V未満に低下させ、高電流密度（500 mA cm –2）での運転を可能にしました。現在、グリーン水素は世界の水素総生産量の1%未満を占めており、その理由は高いエネルギー消費と高価な膜材料（通常、希少金属である白金やイリジウムに依存しています）です。
膜を取り除くことで、資本支出と運営コストが削減される可能性があります。
水素は重要なクリーンエネルギーキャリアであり、鉄鋼、セメント、長距離輸送などの重工業の脱炭素化を可能にします。これらの産業は電力や重いリチウムイオン電池を容易に使用することができません。さらに、水素は余剰の太陽光や風力エネルギーを数ヶ月間蓄えることができます。水素の貯蔵は電力網を安定させ、世界の製造業や化学生産における化石燃料を置き換える可能性を秘めています。プラスチック業界においても、この技術は大きな変化をもたらす可能性があります。食品廃棄物のバイオマスを石油由来の製品に置き換えることで、二つの主要な環境課題を同時に解決できます。このアプローチは、農業の食品廃棄物からの埋立廃棄物を減少させるとともに、石油化学プラスチック生産に関連する世界的な汚染と二酸化炭素排出を抑制します。
さらに嬉しいことに、このシステムの作業速度も非常に速いです。新しい設定は商業速度で反応を実現し、同時に電網から取得する電力が大幅に減少しました。共同著者のコーシンズは、この発展がスマートハードウェア設計が大きな効率向上を実現できることを示していると考えています。「私たちの設計は、電解槽の構成が性能改善の鍵であることを効果的に証明しました」とコーシンズは指摘しました。「私たちはこの発展が持続可能なエンジニアリング分野の新しい研究を刺激することを望んでいます。キールのチームは、化学プロセスの運用方法を変えることで、より安価なゼロエミッション燃料と化石燃料を使用しない日常製品への道を開いたかもしれません。
」これらの研究結果は『ACS Electrochemistry』ジャーナルに発表されました。
項目 規格 操作電圧 1.5 V 以下 高電流密度 500 mA cm –2