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摘要：本文对来源于CO₂的液体合成燃料的集成制造工艺，进行了从理论研究到实证层面的全方位技术动向调查，并根据调查结果汇总了以CO₂为原料的液体合成燃料使用的问题以及未来研发的方向。

关键字：液体合成燃料、内燃机、共电解技术、CO₂循环利用、集成制造工艺、碳中和

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引言

根据2015年通过的《巴黎协定》，日本于2020年10月宣布，作为应对全球变暖的措施，其方针是“到2050年实现碳中和（CN）目标”。要达成这个目标，当务之急是削减二氧化碳（CO₂）的排放。

对于CO₂主要排放源之一的工厂，重点在于进一步提高其能源利用效率，扩大可再生能源的利用以及推进CO₂回收、封存与利用。另一方面，如果要在汽车、飞机、船舶等移动排放源上实现碳中和，需要削减液体化石燃料的使用量以及实现燃料的脱碳化。液体燃料的能量密度高，便于运输，预计在未来也会保有一定的使用量，所以存在着对液体化石燃料进行脱碳化的需求。基于这一原因，本文对来源于CO₂的液体合成燃料的集成制造工艺，进行了从理论研究到实证层面的全方位技术动向调查，并根据调查结果汇总了以CO₂为原料的液体合成燃料使用的问题以及未来研发的方向。

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关于原料CO₂的循环

图1表示了制造液体合成燃料时CO₂的循环过程。作为原料的CO₂会从工厂的排气中回收，也可通过DAC（Direct Air Capture）从大气中直接回收，这些回收技术的开发正处于不断推进的过程中。以这些回收的CO₂为原料，利用可再生能源，可以制造出汽油、柴油、航空煤油等液体合成燃料。虽然交通运输工具在燃烧液体合成燃料时会产生CO₂，但可以通过分离、回收CO₂，实现CO₂的循环。

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液体合成燃料的集成制造工艺

图2是液体合成燃料的集成制造工艺的概念图。从CO₂合成的液体燃料被认为可以直接替代现有化石燃料，在烃制造中具有最高亲和性的FT（Fischer-Tropsch）反应工艺很有前景。同时，高效率的共电解技术有望用于制造FT合成的原料——合成气，而利用FT反应产生的热能进行共电解的高效集成制造工艺技术的研发备受期待。另外，要扩大液体合成燃料的利用，燃料利用技术研究也十分重要。

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液体合成燃料的潜力评估

在进行燃料利用技术研究的同时，也进行了潜力评估。在现有的FT合成技术中，如图3所示，人们发现合成燃料中，作为副产物存在单素数为20以上的蜡成分、醇以及含醛含氧化合物，如果能够开发出可选择性地控制单素数分布和副产物的创新型FT合成催化剂，不仅可以提高燃料油的品质，还可以提高燃料收率，将有助于降低制造成本。

另外，为了搞清楚液体合成燃料推向市场时面临的问题，本文还对燃料品质、燃烧性及对汽车的影响进行了调查，发现FT合成燃料具有较高的十六烷值，这是柴油机的点火性指标，且不含芳烃和硫，具有提高燃烧性和减少废气排放的潜力。

此外，还对欧洲研究的含氧类液体合成燃料的潜力进行了调查，并注意到了其中之一的OME（Oxymethylene Ethers），发现OME具有类似于FT合成燃料的高十六烷值，并且也不含芳烃或硫；除这些特点外，还由于分子内没有碳键，因此具有无碳烟燃烧的潜力。另一方面，这些燃料对汽车部件（橡胶等）的影响大不相同，在使用时，需要充分把握其特点。

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关于今后的燃料利用研究

可以由CO₂和氢合成的液体合成燃料的代表性物质如图5所示。今后，将探讨利用创新性FT合成催化剂制造的FT合成燃料、烃类和含氧类液体合成燃料的燃料品质和燃烧性，弄清楚这些燃料用于现有发动机和基础设施的可能性。除此以外，通过将液体合成燃料与基于其特点的未来燃烧技术相结合，还将以热效率和废气排放为中心，研究如何提高发动机性能的潜力。通过这些研究，希望扩大液体合成燃料在未来市场上的流通，为碳中和的推进作出贡献。

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碳中和液体合成燃料应用于内燃机的举措