高圧水素源の「ギ酸」を二酸化炭素から再生

これまでに開発した技術（圧縮機を使わない高圧水素連続供給法およびフロー式によるギ酸からの連続発電）と、今回開発した、回収した二酸化炭素から高圧水素源のギ酸を再生させる技術を組み合わせることによって、二酸化炭素を循環させ排出せずに、ギ酸を水素キャリアとして使用することが可能となります（図１）。

なお、本研究開発は、キヤノン財団の第12回研究助成プログラム「新産業を生む科学技術」（2021～2023年度）による支援を受けました。

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研究の内容

ギ酸から水素1 kgを取り出すと、理論上22 kgの二酸化炭素が副生します。そのためギ酸を水素キャリアとして無駄なく利用するには、水素だけでなく、二酸化炭素を回収して利用する技術も必要です。私たちは、ギ酸から得られた水素と二酸化炭素を分離し、高圧水素と液化二酸化炭素として回収する技術をこれまでに開発してきました。そこで、この回収した純度の高い液化二酸化炭素を排出せずに、積極的に利用する手段、すなわち水素と二酸化炭素から再びギ酸を合成する技術の開発を進めてきました。しかし、ギ酸塩を合成する技術は多くあるものの、ギ酸を直接合成する技術の開発は十分ではありませんでした。

水素と二酸化炭素から直接ギ酸を合成するためには、高効率でギ酸を生成すると同時に、生成したギ酸が分解して水素と二酸化炭素に戻る反応を抑制することが必要です（図２左）。技術開発のきっかけは、イリジウム触媒存在下、各種溶媒中でギ酸が水素と二酸化炭素に分解し、高圧ガスが生成する速度を測定していたところ、溶媒によってその速度が大きく変化することを見いだした点にあります。その中でもHFIP中では、ギ酸の分解速度が水中の場合と比べて2分の1に遅くなることが分かりました。しかも、高圧ガス生成も水中では37.9 MPaであるのに比べてHFIP中では1.20 MPaと、約32分の1の圧力しか出ないことが分かりました。一方、ギ酸の合成については、水の場合よりHFIPの場合の方が水素と二酸化炭素からの反応中間体（イリジウムヒドリド錯体）の生成速度が4倍速く（図２右）、全体としてギ酸の生成速度が1.5倍以上速くなり、ギ酸の生成量も3.5倍多いことが分かりました。

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