二酸化炭素はプラスチックの製造に使用できますか?正しく聞きましたよ！

著者: 李伝福史祥綺

地球規模の気候変動問題が深刻化する中、二酸化炭素をいかに有効活用するかが科学研究の重要なテーマとなっている。以前、中国の科学者たちは二酸化炭素からデンプンの合成を達成した。最近、科学者たちは、二酸化炭素をバイオプラスチックに変換する革新的な方法を実証するもう一つの画期的な研究をNature Synthesis誌に発表しました。

電気化学的CO2削減は、再生可能エネルギーから生成された電気を使用してCO2を高価値製品に変換する技術です。この方法は、大気中の二酸化炭素濃度を下げるだけでなく、酢酸、エタノール、n-プロパノールなどの有用な化学物質も生成します。ただし、炭素鎖長が 4 炭素を超える製品を製造することが目的の場合、プロセスはより複雑になります。

生合成システムは、二酸化炭素またはその誘導体を、n-ブタノールやポリエステルなどの長鎖炭素燃料や化学物質に変換することができます。しかし、これらのシステムに CO2 または低品質の CO2 還元反応の生成物が直接供給されると、エネルギー効率と炭素利用率が低下する可能性があり、これらのプロセスの経済的および実用的な実現可能性が制限されます。

これらの課題を克服するために、科学者たちは電気化学的 CO2 還元反応と生合成の統合を最適化する方法を提案しました。この方法により、二酸化炭素をより長持ちする、より価値の高い炭素製品に効率的に変換できます。酢酸はバイオリアクター内の細菌によって効率的に高価値の製品に変換できるため、理想的な炭素源です。

この研究では、科学者らは電解質を使用せずに高い選択性で酢酸を生成できる多孔質固体電解質反応器を開発しました。このリアクターは生合成システムと連動して、ポリヒドロキシ酪酸バイオプラスチックを生産します。このバイオプラスチックは分解可能なプラスチックであり、プラスチック汚染の削減に大きな意義があります。

リアクター統合プラットフォームの概略図 出典: Nature Synthesis

この統合プラットフォームの主な革新は、生体適合性電解質媒体で酢酸を生成する能力です。この酢酸は、​​ポリヒドロキシ酪酸バイオプラスチックを製造するための生合成プロセスで直接使用され、追加の分離や pH 調整手順を必要とせずに 2 つのシステムをシームレスに統合します。この研究では銀ドープ酸化銅ナノキューブ触媒が使用され、電気触媒反応において高い選択性で酢酸塩を生成する能力が示されました。最適化された銀ドープ酸化銅触媒により、電気化学的還元中に酢酸塩を選択的に生成することができました。

この研究は二酸化炭素を有用な化学物質や材料に変換する新しい方法を提供します。電気化学的CO2還元反応と生合成を統合することで、科学者たちはCO2利用効率を改善しただけでなく、持続可能なバイオプラスチックを生産するための効率的な方法も提供しました。この技術の成功は、地球規模の問題を解決する上での学際的な連携の可能性を示しており、二酸化炭素を気候変動の原因としてだけでなく、有用な製品を製造するための重要な原材料として捉えるという新たな視点を与えてくれます。技術のさらなる発展と最適化により、二酸化炭素を利用するより革新的な方法が生まれ、環境に優しく持続可能な開発の実現に貢献することが期待されます。