株式会社东芝（以下称东芝）日前推出的CO2资源化技术“Power to Chemicals”，能够通过电化学反应，将CO2转换为可用作燃料和化学原料的一氧化碳。该项东芝专有技术通过堆叠（Stacking）电解组件进行转换处理，提升了单位面积的处理量，在长23cm×宽12cm左右大小的约信封大小面积内，可实现每年高达1.0吨的CO2处理量。

 

虽然电解组件的堆叠会导致处理速度降低，但东芝通过自身专有技术成功解决了堆叠导致的降速问题。通过堆叠设计提升了单位面积的处理量，在节约空间的同时，可大幅提升CO2转换设备的实用性。以一个每天排放200吨CO2的垃圾焚烧厂（*1）为例，根据估算，安装约2000m2（相当于5个篮球场大小）的电解堆就可完成全部CO2的处理。通过将电解组件进行堆叠，能够进一步扩大处理规模，这有助于该设备尽早实现实用化。

 

开发背景

 

为实现脱碳社会，减少工厂等产业部门的CO2排放量势在必行。尤其对于CO2排放量大的制铁、化工领域，减少CO2排放量已成为紧迫课题，在此背景下，通过与电力相关的化学反应（电化学反应）将CO2转换为有价值资源，并加以充分利用的技术正在不断进步。东芝开发的“Power to Chemicals”技术是利用可再生能源的剩余电力，通过电解处理中电极表面发生的电化学反应，将CO2转换为有价值资源。

 

搭载了这种技术的设备今后可以安装在对于CO2有处理需求的工厂内部。同时，考虑到该设备的实用化，必须进一步提升CO2处理能力，使其可以在有限的空间内完成CO2的大规模处理。东芝通过研发专有的电极介质，成功提升了电流密度（*2），这是代表CO2处理能力的重要指标。为进一步提升处理能力，实现技术实用化，堆叠电解组件是一种有效的方法。不过，以堆叠模式进行电解的过程中，由于能量损失所产生的热量会导致CO2处理能力降低（*3），这是需要攻克的重要课题

 

本技术的特征

 

为此，东芝研发出了在电解组件内部加入冷却装置的堆叠构造。通过在电极之间增加冷却通道，可以有效抑制热量的产生，使CO2转换反应停滞的问题得以解决。由于冷却通道可以根据发热量进行设计，因此可以根据实际用途将电解组件进行相应的堆叠及规模化处理。利用该技术，东芝试制了由4个电极面积为100cm2的电解组件组成的CO2电解堆，并对其进行了运行测试，最终成功在60 NL/h（*4）的处理速度下完成了CO2转换（每年最高可处理1.0吨CO2），实现了常温环境下高速处理（图2）。本次研发的电解堆规格为长23cm×宽13cm×高23cm，以一个每天排放200吨CO2的垃圾焚烧厂为例，根据估算，设置约2000 m2（相当于5个篮球场大小）的电解堆就可完成CO2处理。

 

未来展望

 

东芝今后的目标是实现CO2电解堆的大规模化（增加电解槽层数、加大电解槽尺寸）的同时，为将该技术导入相应的应用场景系统中而开展实证工作。东芝将力求在21世纪20年代后半期把这种能够充分利用可再生能源，将CO2转换为资源的，将Power to Chemicals技术投入实际应用。

 

参考资料：
（*1）https://www.city.saku.nagano.jp/shigikai/gikaijoho/sisatuhoukoku/7120200122130239026.files/reiwa1keizaikennsetusisatu.pdf

 

（*2）实现了高水平的CO2向化学原料转换技术 http://www.toshiba.co.jp/rdc/rd/detail_e/e1903_02.html

 

（*3）由于电解过程中能量损失而产生热量，在此影响下发生副反应生成氢，导致CO2处理能力降低。

 

（*4）0℃、1标准大气压下的体积(L)