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京大、太陽光を駆動力にCO2を取り込む新手法、医薬品原料として資源化

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京大、太陽光を駆動力にCO2を取り込む新手法、医薬品原料として資源化

京都大学は、太陽光のエネルギーを駆動力として利用して、CO2を基本的な有機化合物であるアミノケトンに取り込み、カーボネート(環状炭酸エステル)を合成する新手法を開発したと発表した。得られたカーボネートは医薬品の原料や燃料添加剤としての用途が見込まれる。この方法論をさらに押し進めることで、CO2を炭素資源として活用することができるようになるものと期待される。

本成果は、太陽光を駆動力として有機化合物にCO2を取り込むための基礎的な方法論を提案・実証したもの。本研究チームは、本手法として太陽エネルギーを取り込む反応(明反応)と、CO2を取り込む反応(暗反応)を連続的に行うことを提唱した。まず、太陽光を原料に照射して、高エネルギー化合物へと変換する。この変換反応は光エネルギーを化学エネルギーに変え、高エネルギー化合物に蓄積する過程となる。続いて、そのエネルギーを駆動力として高エネルギー化合物にCO2を取り込む。

このモデルケースとして、温和な条件下で、アミノ酸などから容易に合成される有機化合物のアミノケトンにCO2を取り込み、環状炭酸エステルを得る手法を開発した。

(左)写真1:晴れた日における反応の様子、(右)写真2:曇りの日における反応の様子

(左)写真1:晴れた日における反応の様子
(右)写真2:曇りの日における反応の様子

まず、パイレックス製のガラス容器にアミノケトンを有機溶媒に溶かしたものを入れ、容器内を常圧のCO2で満たす。この容器を太陽光にさらすと、アミノケトンが太陽光のエネルギーを吸収して、高エネルギー中間体アゼチジノールが生成する。この反応は晴れた日のみならず、曇りの日であっても、速度は低下するが進行する。続いてこの反応溶液に炭酸セシウムを添加して60度に加熱すると、CO2の取り込みがおこり、炭酸エステルが83%の収率で生成する。

CO2は地球温暖化の原因物質とされ、その削減が地球規模での急務の課題となっている。本手法は、環境・資源両問題の解決に貢献しうるものだとしている。

【参考】
京都大学 - 太陽エネルギーを駆動力として二酸化炭素を取り込む新手法を開発
産業技術総合研究所 - 二酸化炭素は役に立つ

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