２０１２年5月１９日

「太陽メタノールとジメチルエーテル（地球規模の炭酸ガスリサイクルシステム）


話題提供　奥出信一郎 (三土会幹事）


地球上での食物連鎖では、生態系の中で、酸素、二酸化炭素、ミネラルなどが循環します。産業革命以前は、薪を焚いて出た炭酸ガスは樹木に吸収されて、光合成で樹木が生長し、再び、薪として用いられていました。薪はカーボンニュートラルです。産業革命以降の石油•石炭の利用では、一方的に化石燃料が掘り出されるので、空気中の二酸化炭素が一方的に増加し始め、温室効果ガスによって地球温暖化が始まりました。産業革命の時代と比べて、気温上昇の二度上昇すると、生態系の破壊や、農業生産高の低下や自然災害など、経済的被害が深刻化します。世界の平均気温は05年までの100年間に、0.74度上昇しました。地球温暖化を放置した場合にはGDPの20%の損失が出るが、地球温暖化防止の抜本的な緩和対策のコストは、GDPのわずか1%でしかないと、イギリスの経済学者スターン氏はいわゆるスターンレビューで発表しました。化石燃料に替わる再生可能エネルギーの開発が必要という事です。使用可能な太陽光エネルギーや風力エネルギーは地球上に幸いにも十分存在し、例えばモハベ砂漠では太陽熱発電が既に稼働しています。高電圧直流給電とマイクロ波送電などは、砂漠で発電した場合に必要な長距離電力輸送の技術ですが、島国である日本では、電気を水素ガスに転換し、それと炭酸ガスとを反応させてメタノールを作ってタンカーで運ぶ方法も提唱されています。高温の真鍮を触媒として炭酸ガスと水素ガスとを化合させてメタノールを生成する方法は、工業的に既に実用化済みです。メタノール合成の最初のプロジェクトは1995年、雑誌「高圧ガス」でWE-NETとして発表されています(神奈川銀杏会の羽田壽夫さんはプロジェクトの幹事ののひとりです)。メタノールタンカーは既に実用化されています。地球温暖化の問題に解決策を提言・実行していくには、物理学、化学、経済学、医学、品質管理、政治学、等のあらゆる学問が一堂に会して議論する必要があるとして、小宮山宏氏が代表して、2010年にサステナビリティサイエンスコンソーシアム（SSC）を結成しました。SSCでは、多くの人々の考えを集約して結論をだすします。メタノール生産の反応メカニズムについては、Nakatsuji and Hu らが、端緒となる第一原理分子軌道法による計算を実施しました。奥出と久世(Open Journal of Physical Chemistry, 2011, 1, 109-117)は、'Henry Eyringの絶対反応速度論'とPM6法（2007年にStewartらが開発）とを組み合わせて、活性化状態と最終状態などを考慮した触媒反応の絶対速度の定量的な計算に成功し、実験値（ 三菱重工技報 Vol．35 No．6（1998－11）による）と良好な一致をみました。今や触媒設計にコンピューターシミュレーションが利用可能になりつつあるといえるでしょう。工業的に水を電気分解する方法は難問（コストの問題で）として残されています。現在は、電気分解を行う際にはイオン交換膜電気分解が主流です。旭硝子が電気分解に用いるイオン交換膜を自前で作っていますが、電気分解による水素の生成には、今後さらなる基礎・応用研究が待たれます。メタノールには毒性があります。しかし、メタノールから合成されるジメチルエーテルは、無害であり、プロパンよりも保存容易で、ジーゼルエンジンの燃料として優れた性質を持っています。二酸化ガス排出権取引がさらに本格化すると、コスト計算が（全コスト＝人件費）から、（全コスト＝人件費＋環境リスク＋地球温暖化リスク）に変わって、代替エネルギーがコスト的に有利になってきます。今後の課題は、

①代替エネルギーのコスト計算を精度良く行なっていくこと。

②巨大技術で全地球を覆うだけではなく、ローカルな分散処理（バイオテクノロジー等）の効率性も考慮に入れること。遠隔地から大規模輸送する方法には抵抗感があるので、原料生産地とその消費地との距離を短くすることが出来ないかを検討する事。

③触媒設計等で理論的に展開する事により、産業に寄与できると良い。

④超低周波交流電気分解法や、イオン交換膜法等の、高効率の電気分解法を開発する事。

⑤純水の電気分解が出来るの画期的な電解膜の開発

⑥自動車用のより高能率の炭酸ガス吸着剤を開発

（追伸）
以上の地球温暖化メカニズムと対策を、高校物理学をベースにして解説した本を、AmazonのKindleから電子出版しました。Googleで「奥出信一郎」で検索するとHitします。


　　　　　　　　奥出信一郎　ホームページ

「楽しい高校物理」（奥出信一郎　著　村松真砂子　イラスト）は
アマゾンのページ
http://www.amazon.co.jp/%E6%A5%BD%E3%81%97%E3%81%84%E9%AB%98%E6%A0%A1%E7%89%A9%E7%90%86-%E5%A5%A5%E5%87%BA-%E4%BF%A1%E4%B8%80%E9%83%8E-ebook/dp/B00LPXFFZ6

で１冊５１０円で売っています。







トップページへ