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二酸化炭素から酸素を取り出す方法を探しています。HP検索したところ、触媒利用、電気分解など、化学反応を利用するものがいくつかあるようですが、素人なのでいまいち理解できませんし、それぞれの方法の長所短所もよくわかりません。詳しい方いらっしゃったらお願いします。それから、
CO2→C+O2 とか
CO2+H2O→CnHm+O2
といった反応を起こすのに必要なエネルギー(電気?光?etc)はどれくらいなのでしょうか?

A 回答 (5件)

>水素さえ供給されれば比較的容易にCO2の分解ができるのでしょうか?


水素の「質」という問題があります。
例えば.水素源として.石油を使ったとします。
温度・圧力の条件をうまく合わせて.ZSM5あたりを担体にして合成したとします。
すると.石油の場合.有名な触媒毒として.「硫黄」が混ざっていますから.近い将来.触媒表面が硫化物で覆われて.触媒能が低下して....。それで.「再生」して...分量が多いので.流動層で循環利用...ぶつかって.ZSM5が割れて.粉になって機械全体が詰まって動かなくなった。

あるいは.温度の関係で.ちょっとじゅぅごう反応が発生する温度に設定せざるを得ない.場合に.重合でできた炭化水素.つまり.コールタールがZSM5にベットリついて.剥がれない。

水素ガスは.日本では電気代が高くて使えません。

水を水素の原料として考えると.エネルギーを供給しなければなりません。えねるぎーは石炭を燃焼させて作る(つまり.水性ガス)と考えると.不純物の一酸化炭素(高温で金属と接すると.悪名高い毒物シアノなんとか錯体を生成)の処分はどうしようか.きょう雑物の大気中のチッソはどうしようか(温度が高くて.石炭中に鉛等が入っていると.燃焼灰とチッソが反応して.ちっか鉛.つまり.起爆剤の合成)。

簡単ではありません。副反応とコストと触媒の劣化との兼ね合いが重要です。
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CO2からO2を取り出して経済的にペイするのはあまりないと思いますが、例えば、宇宙で暮らすような有人閉鎖環境で、O2を持ってくるにはあまりに輸送コストがかかるような場合にはペイするかも知れませんね。

そういう環境では、CO2と共にH2Oも出てくるので、例えば、触媒を使ってサバティエ反応により、

 CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O + 254 kJ

として、CH4を取り出し、次に電気分解をして

 2H2O = 2H2 + O2 - 574 kJ

からO2を取り出せるでしょう。出てきたH2をサバティエ反応に用いれば、全体として

 CO2+2H2 → CH4 + O2 - 320 kJ

となります。O2の他に出てきたCH4をロケットの推進剤に使う手もあります。生成エンタルピーについてはNo.2さんが説明されていますが、実際にはいろんなところで損失があるので必要なエネルギーはこれよりも大きくなります。

これは触媒利用と電気分解によるO2の取り出しの一例ですが、長所や短所はどこでどのような条件で使うかで変わりますので、一概に回答はできません。申し訳ございません。

この回答への補足

ありがとうございます。
サバティエ反応というのは聞いたことがないのですが、触媒さえあれば勝手に進む反応なのですか?
また、aki-oさんにもお訊きしたのですが、電気分解の反応で574kJというのは投入する電力量と等しいと考えてよろしいでしょうか?

補足日時:2003/09/01 10:15
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植物の例をあげて.二酸化炭素から酸素を取り出していること指摘する方がいらっしゃるので。



植物は.光で水から酸素と水素分離し.水素を二酸化炭素に結合させて.糖質を合成しています。二酸化炭素の酸素は.結合したままであり.外れません。

CO2→C+O2  約400kJ/モル
CO2+H2O→CnHm+O2  忘却。手持ちの資料から計算してもどうせ.わたしですから.計算間違いをしますので.できません。

触媒利用は.おそらく.石炭液化か石油合成のはなしでしょう。触媒のコストが高い.高純度のものが得られる.生産コストがたかい.水素の供給体を何に頼るか.エネルギー供給を何にたよるか.画問題。つまり.精密合成の原料としての石油は生産できますが.燃料としての石油は不得意(オクタンカを揚げようとすると.どうしてもベンゼンに台小兵されれるほうごう族を入れなければならず.ベンゼンやベータナフトールは発ガン性がある)。

電気分解。こちらは知りません。

この回答への補足

ありがとうございます。光合成利用は反応が遅いので工業的な利用には不向きかなと思うのですが、人工細胞で光合成なんていう話も聞いたことがあります。使えるのかどうかは分かりませんが・・。
触媒反応について、水素さえ供給されれば比較的容易にCO2の分解ができるのでしょうか?

補足日時:2003/09/01 09:53
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普通に考えて、



C+O2=CO2+QkJ

とすると、移項すれば、

CO2=C+O2-QkJ となりますよね?なので、このQが求まればこの反応に必要な反応熱が求まるわけです。

ちょっと難しい話になりますが、このQはエンタルピーと呼ばれる状態量となるので、このようなことができるのです。詳しくは大学で習ってください(もしあなたが大学生なら、すみません)

この回答への補足

ありがとうございます。反応熱の話はわかるのですが、たとえばCO2に熱を加えても分解はされないのでは・・?エネルギーの与え方にもいろいろな方法があると思いますが、この反応を起こす方法をご教示いただければ、と思います。
また、電気分解でこの反応をさせる場合、Qというのは電気分解するときの電力量と等しいと考えてもいいのでしょうか?

補足日時:2003/09/01 09:41
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酸化の逆ですから、還元すればよいということです。



変わった例では、
植物が光合成で、二酸化炭素から酸素にしています。
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