最近、地球温暖化に関して、大気中の二酸化炭素濃度が増加していることが原因とされています。この二酸化炭素をいかに削減するかについての素朴な疑問です。

 植物のように、二酸化炭素から酸素を作り出す方法は、科学的に可能なのでしょうか? また、もし可能ならば、その方法を、不可能ならば、なぜ不可能なのかを知りたいと思います。つたない疑問のようで気恥ずかしいのですが、どうかよろしくお願いします。

A 回答 (4件)

「二酸化炭素から酸素を作り出す方法」



錬金術のような雰囲気に見えますが、
結局は、炭素原子をどのような形で固定するか、になります。
有機物のほかに、さんご礁のように「炭酸カルシウム」として鉱物化することもあります。

植物は成長して「有機物」(炭水化物やたんぱく質など)を作り、食物連鎖の中で、動物の体も作っています。
いくら植物を植えても、森の大きさに限りがある以上、炭素の蓄積にも限りがあります。
(木を見て森を見ない、という言葉がありますが、安定した森林では、生産と消費のバランスが取れているので、二酸化炭素は吸収されない)

いま、二酸化炭素が増加しているのは、過去に蓄積した石油などの有機物(化石エネルギー)を遡って消費しているからです。

二酸化炭素は「安定な物質」で、これを「エネルギーをもった有機物」にかえるには、よそからエネルギーを供給しなければなりません。
森林にしろさんご礁にしろ、元は太陽エネルギーですが、
人工的なことで、わざわざそのためのエネルギーを使うぐらいなら、最初から化石燃料のエネルギーを使うのをやめた方が効率がいいことになります。
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こんにちは。



>植物のように、二酸化炭素から酸素を作り出す方法は、科学的に可能なのでしょうか? 

植物の光合成は、光のエネルギーを使って水を分解し、水素を得るもので、二酸化炭素を分解するものではありません。
植物は光合成によって水から得た水素を二酸化炭素に結合させて炭水化物を作り、不要な酸素を捨てているのです。動物はその炭水化物を食べ、水素を燃やしてエネルギーを作るので、不用になった二酸化炭素が呼吸によって排出されます。
この過程で分かるように、生物を会した物質循環では、二酸化炭素は分解されず、二酸化炭素のままなんです。ですから、植物の営みである光合成は、大気中の二酸化炭素を分解するというものではなく、「大気中の二酸化炭素を(地上に)固定する」ということなんです。
ちなみに、光触媒を用いた「人工光合成」というノーベル賞級の実験も成功していますが、これも、光エネルギーを使って水を分解するというもので、二酸化炭素を炭素と酸素に分解することはできません。

二酸化炭素を酸素と炭素に分離するには、以下の方法があります。
まず、第1の過程で、二酸化炭素CO2を水素4H2と反応させて、メタンCH4と水H2Oにします。次ぎに、この水に電気分解、もしくは人工光合成を使えば、そこで初めて酸素が取り出せます。
最後に、第1の過程でできたメタンは炭素Cと水素2H2に分離できますので、これで、大気中の二酸化炭素から炭素を分離したことになるわけです。そして、残った水素は再び第1の反応で使うことができます。
第1の過程を「サバチエ第1反応」、第2の過程を「水の電気分解」、第3の過程を「サバチエ第2反応」と言います。

他にも二酸化炭素を分解する方法はあるのでしょうが、上記は、既に有人宇宙船の空調システムとして実用可能な段階になっています。
しかしながら、どのような反応を使ったとしても、地球大気に溢れる二酸化炭素を酸素に変えて、温暖化問題を解決するためには、

1. どれだけのエネルギーが必要になるのか?
2. どうやって大気中の二酸化炭素を効率良く集めるのか?

少なくとも、このふたつの問題が解決出来ない限り、大変難しいことだと思います。
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CO2にしてもなんにしても原子から成り立っていますが、結合に関わっているのは最外郭の電子だけ。


そして、その電子だけを操作すればいいのだから、ほんの僅かなエネルギーで実現できるはず、と考え研究し、結果もきちんと出たという事を本で読みました。
CO2に対してではありませんでしたが、似たように操作できるようになるかもしれません。。
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人工光合成は、現在では可能になりつつあります(「人工光合成」で検索してみてください)。


しかし、変換効率が悪いこと、その光合成材料をつくるのに沢山のコストやエネルギーが必要なこと、二酸化炭素の増加量が多すぎることなどから、実用化はまだまだ難しいと思います。
植樹をした方がまだ効率的なのです。
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