摘要：早稻田大学理工学术院关根泰教授带领的研究小组阐明了可以在低至100℃的温度下（以往需要700℃以上）将二氧化碳化学转化为一氧化碳的新材料和新工艺。面向2050年碳中和目标，减少化石资源使用和二氧化碳排放被寄予厚望。在这种情况下，如果能以回收的二氧化碳为原料，利用从可再生能源中提取的氢气来制造化学产品，将实现二氧化碳的循环利用，减少化石资源消耗。通过本技术，可以实现在可再生能源过剩时按需回收二氧化碳并大幅减少热损失的工艺。

关键字：二氧化碳循环利用、一氧化碳、可再生能源、低温反应、钌金属微粒、碳中和

要点

面向2050年碳中和目标，减少化石资源使用和二氧化碳排放被寄予厚望。
阐明了一种可以在低至100℃的温度下（以往需要700℃以上），将二氧化碳化学转化为一氧化碳的新材料和新工艺。
通过本技术，可以实现在可再生能源过剩时按需回收二氧化碳并大幅减少热损失的工艺。

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先行研究

使回收的二氧化碳与来自可再生能源的氢气反应生成一氧化碳（化学产品原料）的反应由下式表示，该反应便是众所周知的逆水煤气变换反应。

回収した二酸化炭素を原料として、再生可能エネルギー由来の水素を反応させて化学品の原料である一酸化炭素を作る反応は、以下の式で表され、逆水性ガスシフト反応と呼ばれるよく知られた反応です。

CO₂＋H₂→CO＋H₂O

该反应虽然乍看简单，但实际上是需要高温的吸热反应，传统工艺都需要700℃以上的高温环境，并通过催化反应进行。该工艺下，高温成为瓶颈，难以使用可再生能源按需驱动。

一見簡単そうに見えるこの反応ですが、吸熱反応であるため高い温度を必要とし、従来は700度以上の温度域で触媒反応により実施されてきました。この際の高い温度がネックとなり、オンデマンドで再生可能エネルギーを利用しての駆動は難しいものでした。

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本研究的新尝试和阐明内容

在该背景下，研究小组一直致力于研究在约150℃（=约423 K）的低温下以高反应率和高选择性进行逆水煤气变换的新技术。

このような中、研究グループはこの逆水性ガスシフトを150度程度（＝423 K程度）の低温で高い反応率・高い選択性ですすめる新しい技術を検討してきました。

研究小组发现施加外部电场的催化反应可以实现这一目的，并在寻找可在低温下表现出更高性能的催化剂和工艺的过程中，发现将钌金属微粒负载在名为钛酸锆的稳定氧化物上的固体催化剂非常适合这一新工艺。

外部電場を印加した触媒反応がこの目的を実現しうることを見出し、低温でより高い性能を発現しうる触媒ならびにプロセスを探索してきた結果、ルテニウム金属微粒子をチタン酸ジルコニウムという安定な酸化物に担持した固体触媒が、本プロセスに非常に有効なことを見出しました。

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为此开发的新方法

研究小组发现，通过施加外部直流电场并诱导氧化物表面离子，即使在低温下反应也能顺利进行。通过各种操作光谱分析可以阐明当时催化剂的状态。结果发现，该反应通过如下图所示的新反应机理进行。

外部から直流電場を印加し、酸化物表面イオニクスを誘起することによって、低温でも反応が能動的に進行することを見出しました。その際の触媒の状態を、各種オペランド分光分析等によって明らかにすることができました。この結果、下の図に示すような新しい反応メカニズムで本反応が進行していることを見出すことができました。

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研究的波及效果和社会影响

本技术使得在低至100℃的温度下（以往需要700℃以上）将二氧化碳化学转化为一氧化碳成为可能，且该温度范围与后续使用一氧化碳的各种有机合成反应的温度范围接近，因此有望大幅降低整体热损失并按需驱动，从而实现可再生能源过剩时按需回收二氧化碳的工艺。

従来700度以上が必要だった二酸化炭素から一酸化炭素への化学的転換を100度台で実現可能にした本技術は、その後に続く一酸化炭素を用いた各種有機合成反応の温度と温度域が近いため、総合的な熱のロスを大幅に抑えることが可能になり、またオンデマンドで駆動することが期待できます。これにより、再生可能エネルギーが余っているときに必要に応じて二酸化炭素を再資源化するプロセスが実現できます。

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未来课题

根据大学实验室的测试结果，该工艺的规模有望得到进一步扩大。

大学でのラボ試験による結果を基に、より大型のプロセスへとスケールを上げていくことが期待されます。

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