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摘 要：研究小组建立了使用近年来备受关注的新材料“门型吸附剂”的CO2捕获工艺的过程模拟技术，并阐明了其相对于现有分离材料的优势。作为应对气候变化问题的对策，世界各国正在积极开发从含有温室气体CO2的工厂和火力发电厂的废气中分离和捕获CO2的技术。为了在未来实现大规模的CO2分离和捕获，开发节省空间和节能的CO2分离技术至关重要，因此具有优异吸附性能的新材料“门型吸附剂”备受瞩目。然而，由于计算的复杂性，至今为止尚未对使用“门型吸附剂”的CO2分离捕获工艺进行过程模拟。本研究解决了妨碍模拟实施的计算问题，成功对使用“门型吸附剂”的CO2分离捕获工艺进行了过程模拟，并确认使用“门型吸附剂”的工艺表现出了优异的CO2捕获性能。该技术有望为实现碳循环社会作出贡献。
关键字：门型吸附剂、CO2捕获工艺、CO2分离技术、过程模拟、碳循环社会
・通过对分离装置的实机运行的动态模拟，在世界上首次评估了使用“门型吸附剂”（近年来作为高性能CO2分离材料而备受关注）的CO2捕获工艺。
・研究发现，与传统的CO2分离材料相比，使用“门型吸附剂”的工艺有望将分离材料的使用量减少约1/5（设备小型化），并将功耗降低39%。
・由“门型吸附剂”创造的节省空间和节能的CO2捕获工艺将有助于实现从集中排放源中低成本捕获CO2并作为各种化学产品和燃料再利用的碳循环社会。
政府间气候变化专门委员会在《全球升温1.5℃特别报告》中指出，如果到2050年左右CO2不能实现净零排放，温室气体引起的全球变暖的严重影响将不可避免。为了实现这一目标，日本正在开发从工厂等CO2集中排放源中分离和捕获CO2的技术，但实施和运行CO2捕获工艺的成本仍然很高，开发节省空间和节能的创新工艺是大规模社会实施的重要因素。
在上述背景下，“门型吸附剂”（多孔配位聚合物材料组的一种）作为具有优异吸附性能的材料近年来备受瞩目。研究小组着眼于ELM-11，它是一种多孔配位聚合物，具有层状结构。在吸附CO2之前，ELM-11通过层与层的紧密层压而成，气体分子无法渗透到材料内部。当CO2的压力超过被称为闸门压力的特定值时，CO2会打开层间空隙（材料的结构变化），由此产生的空间将吸附CO2（图1）。
图1门型吸附剂ELM-11的CO2吸附
由于这一特性，ELM-11表现出较大的CO2吸附量和较高的CO2选择性，如图2中红线所示，吸附等温线呈S形。另一方面，众所周知，“门型吸附剂”由于吸附引起的结构变化会导致吸附等温线和解吸等温线不匹配的滞后现象，并且滞后的形状也随着操作压力而变化（图2(a))。