ネットゼロ炭素排出を達成するための主要なアプローチは、自家用車や暖房などの経済のさまざまな部分を、再生可能資源から生成された電力で稼働するように変換することにかかっています。しかし、社会のあらゆる部分から炭素を除去することはできません。現代世界のいたるところに存在するプラスチックは、炭素ベースの分子でできているため、脱炭素化できません。
パシフィック・ノースウェスト国立研究所（PNNL）の化学者ウェンディ・ショーが主導する多機関の取り組みにより、電化が難しい経済分野での排出量削減に向けた新たなロードマップが作成された。多面的なアプローチには、非炭素燃料の開発、非化石炭素源の発見、炭素がサイクルに入った後も炭素を維持し、理想的には各炭素原子を複数回使用することが含まれます。
使い捨て炭素はもはや普及できない、とロードマップ作成者らは主張する。炭素は、各炭素原子が何度も使用される循環経済を通じて機能し続ける必要があります。炭素は同じ産業分野内で再利用することも、新しい産業分野の原料として機能することもできます。たとえば、ポリマーのアップサイクルプロセスを開発し、炭素ベースの材料を効率的に再利用することは、炭素排出量を実質ゼロにする将来の中核となります。
PNNLディレクターのスティーブン・アシュビー氏は、「脱炭素化の目標を実現するには、斬新で創造的なソリューションが必要だ」と述べた。 「これらのソリューションを支える触媒作用と分離科学における使用にインスピレーションを得た科学研究を加速するには、協力が鍵となります。私はこれらの結果と、航空、大型トラック輸送、海上輸送への展開を心待ちにしています。」
このアイデアは、PNNL、エイムズ国立研究所、アルゴンヌ国立研究所、ブルックヘブン国立研究所、ローレンス・バークレー国立研究所、オークリッジ国立研究所、SLAC国立加速器研究所が共催した「炭素循環の終結」に関するワークショップから生まれた。各研究室のリーダーには、それぞれショー、ジェームス・モリス、マックス・デルフェロ、サンジャヤ・セナナヤケ、フランチェスカ・トーマ、ミシェル・キダー、サイモン・ベアが含まれていました。
「カーボンリサイクルと変換技術の進歩はクリーンエネルギーの未来への鍵であり、アルゴンヌはその発展を支援することに全力で取り組んでいます」とアルゴンヌのディレクター、ポール・カーンズは述べた。 「エネルギー省の国立研究所全体で協力し、2050年までにネットゼロを達成するためにこれらの革新的なイノベーションを推進している研究者たちを称賛します。」
脱炭素化へのロードマップ
水素とアンモニアはどちらもカーボンフリー燃料としての可能性を秘めています。ただし、どちらも実装には明らかな課題があります。特に、水素の貯蔵と輸送にはコストがかかるため、現在の技術では現実的ではありません。安全で手頃な価格の水素輸送を可能にするキャリア分子と材料の開発に取り組むことは、1 キログラムあたり XNUMX ドル以下で再生可能に水素を生産するというエネルギー省の水素アースショット目標を補完することになります。このコスト削減は、実行可能な水素ベースのシステムの構築に役立つ可能性があります。
多様な供給源からの炭素を使用することが、提案されたアプローチの中心です。炭素は今後も多くの重要な経済部門にとって不可欠なものとなるでしょう。これらの部門は、リサイクルと複数の炭素源の組み込みによる循環炭素循環の候補です。貴重な炭素源としては、バイオマス、食品廃棄物、プラスチック廃棄物などが考えられます。
非化石炭素の流れのほとんどは複雑な混合物で構成されているため、このプロセスを実現するには、効果的かつ効率的な分離と変換が必要です。
「炭素は、保存して再利用しなければならない貴重な商品と見なされるべきです」と、主任科学者であるショー氏は述べています。 テクノロジー PNNL の物理および計算科学部門の役員。 「私たちのビジョンは、循環経済において各炭素原子を複数回再利用することで、経済における炭素の役割を変えることです。」
「従来の」廃棄物を効果的に再利用可能な材料に変換することが依然として重要です。反応分離による分離と変換のステップを組み合わせることで、実用的なアプローチが得られる可能性があります。反応性分離では、化学反応と精製分離を組み合わせてプロセスを強化し、非化石炭素をより効率的に変換できます。
「統合された産業的アプローチを生み出すには、新しい基礎科学の開発が必要です」とモリス氏は述べた。 「その結果として得られるテクノロジーは、新たな経済的機会、教育の発展、さらなる雇用の増加を生み出すでしょう。」
このロードマップは、炭素が使い捨て資源ではなく貴重品として扱われる、無駄のない未来を提示しています。持続可能な炭素源を炭素循環経済に導入することは、この未来にとって不可欠です。
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