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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024144031
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】二酸化炭素の回収方法
(51)【国際特許分類】
B01D 53/62 20060101AFI20241003BHJP
B01D 53/82 20060101ALI20241003BHJP
B01D 53/96 20060101ALI20241003BHJP
B01D 53/14 20060101ALI20241003BHJP
B01J 20/22 20060101ALI20241003BHJP
C01B 32/50 20170101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
B01D53/62 ZAB
B01D53/82
B01D53/96
B01D53/14 100
B01J20/22 A
C01B32/50
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023180872
(22)【出願日】2023-10-20
(31)【優先権主張番号】P 2023052967
(32)【優先日】2023-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】305027401
【氏名又は名称】東京都公立大学法人
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鮫島 貴紀
(72)【発明者】
【氏名】大岩 正人
(72)【発明者】
【氏名】大塚 優一
(72)【発明者】
【氏名】原田 知典
(72)【発明者】
【氏名】山添 誠司
【テーマコード（参考）】
4D002
4D020
4G066
4G146
【Ｆターム（参考）】
4D002AA09
4D002BA03
4D002CA07
4D002DA31
4D002DA34
4D002DA35
4D002DA70
4D002EA06
4D002EA08
4D002GA01
4D002GB12
4D002HA03
4D002HA08
4D002HA09
4D020AA03
4D020BA16
4D020BA19
4D020BA23
4D020BB01
4D020BB07
4D020BC01
4D020CA05
4D020CC06
4D020CC14
4D020DA03
4D020DB20
4G066AA04C
4G066AA05C
4G066AB10B
4G066AB11B
4G066AB13B
4G066AC02C
4G066BA23
4G066BA36
4G066CA35
4G066DA01
4G066GA01
4G146JA02
4G146JB09
4G146JB10
4G146JC08
4G146JC28
4G146JC35
4G146JD03
4G146JD10
(57)【要約】
【課題】より少ないエネルギーで吸収体から吸収済みの二酸化炭素を脱離して回収できる、二酸化炭素の回収方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素の回収方法は、表面に細孔を有する多孔性物質からなる固体材料に、塩基性を示す環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液を前記細孔に担持させることで、二酸化炭素を吸収する前の吸収体である第一吸収体を準備する工程（ａ）と、前記第一吸収体に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素を吸収済みの吸収体である第二吸収体を準備する工程（ｂ）と、前記第二吸収体に対して熱を供給する工程（ｃ）と、前記工程（ｃ）を経て前記第二吸収体から脱離した二酸化炭素を回収する工程（ｄ）とを有する。
【選択図】 図１Ｂ
【解決手段】二酸化炭素の回収方法は、表面に細孔を有する多孔性物質からなる固体材料に、塩基性を示す環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液を前記細孔に担持させることで、二酸化炭素を吸収する前の吸収体である第一吸収体を準備する工程（ａ）と、前記第一吸収体に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素を吸収済みの吸収体である第二吸収体を準備する工程（ｂ）と、前記第二吸収体に対して熱を供給する工程（ｃ）と、前記工程（ｃ）を経て前記第二吸収体から脱離した二酸化炭素を回収する工程（ｄ）とを有する。
【選択図】 図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に細孔を有する多孔性物質からなる固体材料に、塩基性を示す環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液を前記細孔に担持させることで、二酸化炭素を吸収する前の吸収体である第一吸収体を準備する工程（ａ）と、
前記第一吸収体に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素を吸収済みの吸収体である第二吸収体を準備する工程（ｂ）と、
前記第二吸収体に対して熱を供給する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）を経て前記第二吸収体から脱離した二酸化炭素を回収する工程（ｄ）とを有することを特徴とする、二酸化炭素の回収方法。
前記第一吸収体に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素を吸収済みの吸収体である第二吸収体を準備する工程（ｂ）と、
前記第二吸収体に対して熱を供給する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）を経て前記第二吸収体から脱離した二酸化炭素を回収する工程（ｄ）とを有することを特徴とする、二酸化炭素の回収方法。
【請求項2】
前記工程（ａ）は、前記固体材料の前記細孔に前記二酸化炭素吸収液を担持させる前に、前記細孔に対して、プラズマガスを吹き付けるか又は紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項3】
前記環状ジアミンはイソホロンジアミンであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項4】
前記環状ジアミンは、４，４－メチレンビス（２－メチルシクロヘキシルアミン）、又は４，４－メチレンビス（シクロヘキシルアミン）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項5】
前記多孔性物質は炭素材料であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項6】
前記多孔性物質の平均細孔径は、３０ｎｍ～０．１μｍの範囲であることを特徴とする、請求項５に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項7】
前記環状ジアミンはイソホロンジアミン、４，４－メチレンビス（２－メチルシクロヘキシルアミン）、又は４，４－メチレンビス（シクロヘキシルアミン）であることを特徴とする、請求項５に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項8】
前記工程（ａ）は、前記二酸化炭素吸収液に炭素材料を添加する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項9】
前記多孔性物質はセルロースを含むことを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項10】
前記環状ジアミンはイソホロンジアミン、４，４－メチレンビス（２－メチルシクロヘキシルアミン）、又は４，４－メチレンビス（シクロヘキシルアミン）であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の二酸化炭素の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二酸化炭素吸収性を示す吸収体を介して二酸化炭素を回収する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、大気中の二酸化炭素濃度を低下させるために、大気中の二酸化炭素を直接吸収したり、化石燃料の燃焼排ガス等に含有される二酸化炭素を分離して回収する技術が検討されている。
【0003】
二酸化炭素の回収においては、二酸化炭素を吸収体に吸収させ、吸収済みの二酸化炭素を当該吸収体から脱離させる方法が提案されている。例えば、下記、特許文献１には、アミンを吸収材として含む溶液を用いて、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離し、その後、当該溶液を加熱することで、二酸化炭素を脱離させて回収する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平５－２４５３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このように、二酸化炭素の吸収体から、吸収済みの二酸化炭素を脱離させて回収するには、加熱などのエネルギーの投入が必要とされている。この脱離のためのエネルギーが大きいと、二酸化炭素回収のコストが大きくなる。吸収体で二酸化炭素を吸収した後、当該吸収体で吸収された二酸化炭素を低エネルギーで脱離して回収することができなければ、二酸化炭素の排出量を総合的に削減することが困難となる。例えば、二酸化炭素の脱離に多大な電力を消費すると、この電力を生成するために二酸化炭素を放出することになるためである。また、二酸化炭素が吸収された後の吸収体の取扱いの問題も生じ得る。
【0006】
一方で、上述したように、二酸化炭素を吸収済みの吸収体から二酸化炭素を脱離回収する際に高いエネルギーが必要である場合には、システムの運転に伴うランニングコストが懸念となる。この点は、二酸化炭素を回収するシステムの導入及び普及にとって足かせとなる。現時点において、地球温暖化問題は世界的に解決すべき問題の一つとされている。地球温暖化の主要因の一つとされている二酸化炭素の排出量を低下させ、ひいては大気中の二酸化炭素濃度を低下させることは、喫緊の課題といえる。
【0007】
以上を踏まえると、二酸化炭素を吸収体で吸収した後に、低コスト、低エネルギーの下で吸収体から二酸化炭素を脱離・回収させることのできるシステムを実現することは、大気中の二酸化炭素濃度を低下させる動きを促進する上で、重要であると考えられる。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑み、より少ないエネルギーで吸収体から吸収済みの二酸化炭素を脱離して回収できる、二酸化炭素の回収方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る、二酸化炭素の回収方法は、
表面に細孔を有する多孔性物質からなる固体材料に、塩基性を示す環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液を前記細孔に担持させることで、二酸化炭素を吸収する前の吸収体である第一吸収体を準備する工程（ａ）と、
前記第一吸収体に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素を吸収済みの吸収体である第二吸収体を準備する工程（ｂ）と、
前記第二吸収体に対して熱を供給する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）を経て前記第二吸収体から脱離した二酸化炭素を回収する工程（ｄ）とを有することを特徴とする。
表面に細孔を有する多孔性物質からなる固体材料に、塩基性を示す環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液を前記細孔に担持させることで、二酸化炭素を吸収する前の吸収体である第一吸収体を準備する工程（ａ）と、
前記第一吸収体に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素を吸収済みの吸収体である第二吸収体を準備する工程（ｂ）と、
前記第二吸収体に対して熱を供給する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）を経て前記第二吸収体から脱離した二酸化炭素を回収する工程（ｄ）とを有することを特徴とする。
【0010】
本明細書において「回収」とは、吸収体から脱離した二酸化炭素を、吸収体が配置されている領域から他の領域に移送することを意味する。例えば、ボンベ等の貯留槽に二酸化炭素を貯留しても構わないし、配管を介して二酸化炭素の利用施設に送り込むものとしても構わない。前記利用施設としては、例えば植物工場等が挙げられる。
【0011】
また、本明細書において、「第一吸収体」とは、二酸化炭素吸収性を示す吸収体が、二酸化炭素を吸収する前の状態を指す。さらに、「第二吸収体」とは、二酸化炭素吸収性を示す吸収体が二酸化炭素を吸収した状態を指す。なお、第一吸収体には、吸収体が二酸化炭素を吸収して第二吸収体となった後に、熱エネルギーの供給を受けて当該二酸化炭素を脱離した状態も含まれる。
【0012】
本明細書において、「細孔」とは口径が数ｎｍ～数十μｍ程度の微細な孔を意味し、「多孔性物質」とは表面上に無数の細孔を有する物質を指す。
【0013】
前述の通り、二酸化炭素を吸収済みの第二吸収体から、当該二酸化炭素を脱離させるには、第二吸収体に対する熱エネルギーの供給が必要である。つまり、二酸化炭素の回収に要するエネルギーを低減するには、この熱エネルギーの供給で消費されるエネルギーを低減することが肝要である。
【0014】
多孔性物質が有する細孔に二酸化炭素吸収液を担持させることにより、二酸化炭素の吸収体として利用できる。また、当該細孔に二酸化炭素吸収液を担持させることで、処理対象ガスに含まれた二酸化炭素と当該二酸化炭素吸収液が接触する面積を大きくすることができ、効率的に二酸化炭素の吸収が行われる。多孔性物質の比表面積は、１０ｍ2／ｇ以上であることが好ましく、５０ｍ2／ｇ以上であることがより好ましい。なお、多孔性物質の比表面積は、例えばＪＩＳ Ｚ ８８３０（ガス吸着による粉体（固体）の比表面積測定方法）に準じた方法で測定することができる。
【0015】
多孔性物質として利用可能な材料としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチック材料、活性炭やカーボン繊維などの炭素材料、セルロースを含む樹脂が挙げられる。なお、多孔性物質の形状は特に限定されない。多孔性物質の形状の例としては、粒状、板状、管状、ハニカム状、ペレット状などが挙げられる。
【0016】
本発明では、二酸化炭素吸収液は、二酸化炭素吸収材としての環状ジアミンを、水、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、又はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の溶媒に分散させて調整される。これらの溶媒は複数種類を組み合わせても構わない。また、二酸化炭素吸収液の粘度を低下させて、前記細孔に二酸化炭素吸収液が入り込みやすくするために、例えばメタノール等のアルコールを二酸化炭素吸収液に追加し、前記多孔性物質に含浸させた後に当該アルコールを蒸発させても構わない。
【0017】
二酸化炭素の脱離時に供給される熱エネルギーにおいて、溶媒の温度上昇に消費されるエネルギーを低減し、熱エネルギーの利用効率を高める観点から、二酸化炭素吸収液の濃度が高いことが好ましい。一方で、例えば、吸収体として二酸化炭素吸収液をそのまま用いる場合には、二酸化炭素吸収液の濃度を高めると、粘度が高くなって取り扱いが困難になるという事情があり、当該濃度を高めるには一定の制約がある。特に、粘性が高い材料では、二酸化炭素吸収液の濃度は１％～１０％程度となる。これに対し、二酸化炭素吸収液を固体材料に担持させることで、二酸化炭素吸収液の濃度が高い場合でも（例えば数十％）、容易に取り扱いが可能である。つまり、固体状の吸収体を用いることで、二酸化炭素吸収液の濃度を高められる結果、熱エネルギーの利用効率を高められる。吸収体の準備については、「発明を実施するための形態」の項で詳述される。
【0018】
環状ジアミンとは、分子中に１級又は２級のアミノ基を２個有する、環式の化合物を指す。環状ジアミンの例として、イソホロンジアミン、シクロヘキサン－１，２－ジアミン、シクロヘキサン－１，３－ジアミン、４，４－メチレンビス（２－メチルシクロヘキシルアミン）、４，４－メチレンビス（シクロヘキシルアミン）などが挙げられる。環状ジアミンは、一種又は混合物として使用することが可能である。
【0019】
以下、イソホロンジアミンを例にとり、二酸化炭素の吸収及び脱離について説明する。イソホロンジアミンが二酸化炭素を吸収する反応として、主に下記（１）式が存在する。
【化1】
【0020】
このように二酸化炭素を吸収したイソホロンジアミンに対し、熱供給によってエネルギーを与え、（１）式に代表される反応の逆反応を起こすことによって、吸収済みの二酸化炭素を脱離することができる。イソホロンジアミンを例に説明したが、環状ジアミンは、４，４－メチレンビス（２－メチルシクロヘキシルアミン）、４，４－メチレンビス（シクロヘキシルアミン）であっても構わない。
【0021】
固体材料に対して、環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液を担持させてなる吸収体によって、二酸化炭素の回収を行う効果については、「発明を実施するための形態」の項で詳述される。
【0022】
前記工程（ａ）は、前記固体材料の前記細孔に前記二酸化炭素吸収液を担持させる前に、前記細孔に対して、プラズマガスを吹き付けるか又は紫外線を照射する工程を含んでも構わない。
【0023】
上記方法によれば、二酸化炭素吸収液に対する細孔表面のぬれ性が向上し、当該細孔に対してより好適に二酸化炭素吸収液を担持させることができる。より詳細には、細孔に対してプラズマガスを吹き付けた場合には、雰囲気中の窒素分子又は酸素分子がプラズマ化され、プラズマ化した活性種が細孔の表面に親水性の官能基（水酸基、カルボニル基又はカルボキシ基等）を形成する。紫外線の照射による場合には、紫外線によって雰囲気中にラジカル（大気中の場合は主に酸素ラジカル）が生成される。また、同時に紫外線の照射によって細孔表面を構成する分子間の結合が切断され、当該切断箇所に対してラジカルが反応する結果、細孔表面に親水性の官能基が形成される。
【0024】
また、前記多孔性物質は炭素材料であっても構わない。詳細は後述するが、固体材料を構成する多孔性物質として炭素材料を用いることで、固体材料が有する細孔に対してより好適に二酸化炭素吸収液を担持させることができる。上記方法は、吸収済み二酸化炭素の脱離のための熱供給に起因する、吸収体の劣化を抑制する効果を奏する。
【0025】
前記多孔性物質の平均細孔径は、３０ｎｍ～０．１μｍの範囲であっても構わない。
【0026】
多孔性物質の平均細孔径（「４Ｖ／Ａ」とも表現される。）は、ＪＩＳ Ｚ ８８３１－２（粉体（固体）細孔径分布及び細孔特性）に準じて、公知のガス吸着法により測定できる。ここで、Ｖは細孔容積であり、Ａは比表面積である。
【0027】
また、前記工程（ａ）は、前記二酸化炭素吸収液に炭素材料を添加する工程を含んでも構わない。
【0028】
前記多孔性物質はセルロースを利用した物質としても構わない。固体材料を構成する多孔性物質がセルロースを含むことで、固体材料が有する細孔に対してより好適に二酸化炭素吸収液を担持させることができる。
【0029】
また、熱エネルギーの供給で消費されるエネルギーを低減する観点から、受光した太陽光を熱に変換する太陽光集熱部材を利用して、当該熱由来の熱エネルギーを第二吸収体に対して供給しても構わない。熱エネルギーの供給に太陽光由来の熱を利用することで、当該熱エネルギーの供給で消費されるエネルギーを低減することができる。なお、具体的な実施態様については、「発明を実施するための形態」で後述される。
【0030】
なお、加熱に必要なエネルギーを低減するという観点から、加熱用のヒータ等をいわゆる太陽光発電システムによって駆動する方法も想定される。しかし、現状、太陽光発電システムにおいて、太陽光を吸収する太陽光パネルが利用可能な光の波長範囲には課題がある。特に、太陽光における赤外線の割合は半分以上を占めるが、太陽光パネルは、可視光と一部の紫外線を利用するにとどまる。加えて、太陽光パネルの変換効率、及びヒータ等の投入電力に対する熱効率の影響もあるため、当該方法は、太陽光を有効に利用できるとはいえない。一方で、本発明では、後述するように、特に赤外線を有効に利用できるため、利用可能な光の波長範囲は広域にわたり、例えば太陽光発電システムと比較して、より効率的に太陽光を利用できる。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、より少ないエネルギーで吸収済みの二酸化炭素を吸収体から脱離できる、二酸化炭素の回収方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1A】二酸化炭素の回収システムの第一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明に係る回収方法の一例を示すフロー図である。
【図4A】二酸化炭素吸収液を担持する基材の構造を模式的に示す断面図である。
【図4B】第一吸収体の構造を模式的に示す断面図である。
【図4C】第一吸収体の構造の別の例を模式的に示す断面図である。
【図5】検証で用いた実験系の概念図である。
【図6】検証で用いたハロゲンランプのスペクトルである。
【図7A】検証１の二酸化炭素の脱離結果を示すグラフである。
【図7B】検証２の二酸化炭素の脱離結果を示すグラフである。
【図8】回収システムの第二実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図9】第二実施形態に係る反応槽の構造を模式的に示す断面図である。
【図11】第二実施形態に係る熱源の構造を模式的に示す断面図である。
【図13】回収システムの別実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図15】回収システムの別構成例を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
本発明に係る二酸化炭素の回収方法（以下、単に「回収方法」という。）について、以下において図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。
【0034】
［第一実施形態］
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係る回収方法を実行可能な二酸化炭素の回収システム（以下、単に「回収システム」という。）の第一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図１Ａは、大気などの処理対象ガスＧ１が含む二酸化炭素を吸収する工程（後述する工程Ｓ２）が実行される場面に対応し、図１Ｂは、吸収済みの二酸化炭素を脱離する工程（後述する工程Ｓ４）が実行される場面に対応する。
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係る回収方法を実行可能な二酸化炭素の回収システム（以下、単に「回収システム」という。）の第一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図１Ａは、大気などの処理対象ガスＧ１が含む二酸化炭素を吸収する工程（後述する工程Ｓ２）が実行される場面に対応し、図１Ｂは、吸収済みの二酸化炭素を脱離する工程（後述する工程Ｓ４）が実行される場面に対応する。
【0035】
また、図２は、図１Ａの回収システムを異なる方向に見た図面である。図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照して、回収システム１の構成について説明した後、回収システム１によって実行される二酸化炭素の回収方法について説明する。
【0036】
以下の各図では、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向からなる、Ｘ－Ｙ－Ｚ座標系が適宜併記されている。典型的には、Ｚ方向は鉛直方向である。この定義を基に説明すると、図２は、図１Ａに係る回収システムをＺ方向から見た図面に対応する。なお、後述するように、図２では、反応槽２の構成の一部の図示が省略されている。
【0037】
図１Ａに示すように、回収システム１は、反応槽２と、反応槽２の内部に位置し、二酸化炭素吸収性を示す吸収体３と、吸収体３に熱エネルギーを供給する熱源４とを備える。
【0038】
吸収体３は、前述したように、二酸化炭素を吸収する性質と、熱Ｈ１の供給によって吸収済みの二酸化炭素を脱離する性質とを有する二酸化炭素吸収材を含んで構成される。吸収体３は、例えば表面に細孔を有する粒状の多孔性物質からなり、当該細孔に二酸化炭素吸収材が担持されてなる。
【0039】
反応槽２は、吸収体３と、熱源４としての太陽光集熱部材１５（以下、単に「集熱部材１５」という。）と、集熱部材１５の熱Ｈ１を効率的に吸収体３に伝達するための伝熱部材１９を内部に収容する。また、反応槽２は、集熱部材１５が太陽光Ｃ２を受光可能な様に＋Ｚ側に石英ガラスなどのガラス材料で構成された透光部２０を有する（図１Ｂも参照）。
【0040】
本実施形態では、図２に示すように、板状を呈する伝熱部材１９が、Ｘ方向に関して複数配置される。また、伝熱部材１９は、集熱部材１５の熱を吸収体３に効率的に伝達する観点から、＋Ｚ側において連結され、集熱部材１５に対して直接的に配置されている（図１Ｂ参照）。なお、図２では、図示の便宜上、透光部２０と、集熱部材１５と、伝熱部材１９の連結部分の図示が省略されている。
【0041】
本実施形態では、熱源４が反応槽２の内部に配置された例が示されているが、第二実施形態の項で後述するように、熱源４の配置はこの例に限られない。
【0042】
次に、回収システム１によって実行可能な、回収方法の一例について説明する。
【0043】
図３は、本発明に係る回収方法の一例を示すフロー図である。この回収方法１ａは、二酸化炭素を吸収する前の状態である吸収体（以下、便宜上「第一吸収体３ａ」と称する。）を準備する工程Ｓ１と、第一吸収体３ａに二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素を吸収済みの状態である吸収体（以下、便宜上「第二吸収体３ｂ」と称する。）を準備する工程Ｓ２と、太陽光Ｃ２を熱Ｈ１に変換する工程Ｓ３と、工程Ｓ３で得た熱を第二吸収体３ｂに供給する工程Ｓ４と、Ｓ４の実行によって第二吸収体３ｂから脱離した二酸化炭素を含むガス（以下、便宜上、「回収ガスＧ２」という。）を回収する工程Ｓ５を含む。
【0044】
なお、工程Ｓ４及び工程Ｓ５の実行によって、第二吸収体３ｂは吸収済みの二酸化炭素を脱離した後、第一吸収体３ａとなる。つまり、回収方法１ａは、工程Ｓ５の実行後に工程Ｓ２以降の工程を繰り返すことができる。
【0045】
（工程Ｓ１：第一吸収体の準備）
まず、二酸化炭素を吸収する前の状態である吸収体（第一吸収体３ａ）が準備される。第一吸収体３ａは、表面に細孔を有する多孔性物質からなる基材に対し、アミン系材料である環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液が担持されて準備される。環状ジアミンの一例として、イソホロンジアミン（ＩＰＤＡ）が挙げられる。
まず、二酸化炭素を吸収する前の状態である吸収体（第一吸収体３ａ）が準備される。第一吸収体３ａは、表面に細孔を有する多孔性物質からなる基材に対し、アミン系材料である環状ジアミンを含む二酸化炭素吸収液が担持されて準備される。環状ジアミンの一例として、イソホロンジアミン（ＩＰＤＡ）が挙げられる。
【0046】
二酸化炭素吸収液は、アミン系材料をＰＥＧ等の溶媒に分散させて調整される。一例として、溶媒をＰＥＧとした際の、溶媒とアミン系材料の比率は１：１である。なお、アミン系材料の粘度等に応じて、二酸化炭素吸収液に対して、メタノールなどのアルコールを添加しても構わない。例えばメタノールを混合することにより、ＰＥＧとアミン系材料が混合された二酸化炭素吸収液の粘度を低下させることができる。
【0047】
図４Ａは、基材１０の構造を模式的に示す断面図である。図４Ａに示すように、基材１０は、表面に無数の細孔１１を有する固体材料である。そして、この基材１０に対して、アミン系材料が分散された二酸化炭素吸収液が接触されて、細孔１１に二酸化炭素吸収液が担持される。図４Ｂは、上記操作を経て準備された第一吸収体３ａの構造を模式的に示す断面図である。例えば、細孔１１の口径Ｄ２は１５ｎｍ以下とされる。なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、図示の便宜上、基材１０の粒子径Ｄ１に対して、口径Ｄ２が誇張されている。
【0048】
また、図４Ｃは、図４Ｂに倣って、口径Ｄ２が比較的大きい場合（例えば数μｍ程度）の第一吸収体３ａの構造を模式的に示す断面図である。口径Ｄ２は、例えば、細孔１１に担持される二酸化炭素吸収液１２の表面張力や、二酸化炭素の吸収能力に応じて適宜設計される。なお。担持された二酸化炭素吸収液１２が、細孔１１から剥がれ落ちることを抑制する観点から、口径Ｄ２は、０．１μｍ以下であることが好ましい。
【0049】
ここで、口径Ｄ２は、基材１０の平均細孔径に対応するものとして構わない。
【0050】
また、二酸化炭素吸収液１２にメタノールなどのアルコールを加えることで、二酸化炭素吸収液１２の粘度が下げられる結果、二酸化炭素吸収液１２を細孔１１に好適に入り込ませることができる。この場合には、基材１０に二酸化炭素吸収液１２を担持させた後、基材１０を加熱して、アルコールを蒸発させることが好ましい。例えば、メタノールが用いられた際の加熱条件は、６０℃程度である。なお、アルコールを蒸発させる際は、基材１０は、例えば６０ｋＰａ程度の減圧雰囲気に置かれることが好ましい。
【0051】
また、基材１０に二酸化炭素吸収液１２を担持させる前に、基材１０に対して、プラズマガスを吹き付けるか又は紫外線を照射してもよい。これにより、基材１０に含まれる細孔１１の表面の親水性を向上させることができ、二酸化炭素吸収液１２を好適に担持させることができる。なお、これらの細孔表面の親水化処理に関しては、後段の［検証］の項で詳述される。
【0052】
上記の操作を経て得られた第一吸収体３ａは、反応槽２の内部に投入される（図１Ａ参照）。
【0053】
このように、第一吸収体３ａを準備する工程Ｓ１が、工程（ａ）に対応する。
【0054】
（工程Ｓ２：二酸化炭素の吸収工程）
図１Ａに示すように、第一吸収体３ａが内部に位置する反応槽２に対して、導入口５から二酸化炭素を含む処理対象ガスＧ１を導入し、第一吸収体３ａに接触させる。図２では、反応槽２内で処理対象ガスＧ１が通流する態様が模式的に示されている。これにより、第一吸収体３ａは、処理対象ガスＧ１中の二酸化炭素を吸収し、二酸化炭素を吸収済みの第二吸収体３ｂが得られる。なお、理解を容易にする観点から、各図面において、二酸化炭素を吸収済みの第二吸収体３ｂに対してハッチングが施されている（図１Ｂ等参照）。二酸化炭素の吸収によって、二酸化炭素濃度が低下した処理対象ガスＧ１は、排出口６を介して例えば外空間に排出される。
図１Ａに示すように、第一吸収体３ａが内部に位置する反応槽２に対して、導入口５から二酸化炭素を含む処理対象ガスＧ１を導入し、第一吸収体３ａに接触させる。図２では、反応槽２内で処理対象ガスＧ１が通流する態様が模式的に示されている。これにより、第一吸収体３ａは、処理対象ガスＧ１中の二酸化炭素を吸収し、二酸化炭素を吸収済みの第二吸収体３ｂが得られる。なお、理解を容易にする観点から、各図面において、二酸化炭素を吸収済みの第二吸収体３ｂに対してハッチングが施されている（図１Ｂ等参照）。二酸化炭素の吸収によって、二酸化炭素濃度が低下した処理対象ガスＧ１は、排出口６を介して例えば外空間に排出される。
【0055】
なお、後述するように、反応槽２に対しては太陽光Ｃ２の照射が想定される（工程Ｓ３）。一方で、第一吸収体３ａによる二酸化炭素の吸収を効率的に行う観点からは、反応槽２内の雰囲気を低温とすることが好ましい。このため、工程Ｓ２においては、図示しない任意の遮蔽部材によって、反応槽２に照射される太陽光Ｃ２を遮蔽するものとしても構わない。また、例えば夜間などの太陽光Ｃ２の照射が無い、又は少ない時間帯に工程Ｓ２を実行するものとしても構わない。
【0056】
処理対象ガスＧ１の例としては、大気や工場などからの排気ガスが挙げられる。特に処理対象ガスＧ１が排気ガスである場合には、反応槽２に導入する前に、処理対象ガスＧ１を冷却したり、処理対象ガスＧ１に含まれる、二酸化炭素の吸収を阻害する物質をスクリーニングする等の前処理が行われても構わない。
【0057】
このように、第一吸収体３ａに対して二酸化炭素を吸収させて、第二吸収体３ｂを準備する工程Ｓ２が、工程（ｂ）に対応する。
【0058】
（工程Ｓ３：太陽光を熱に変換する）
前述した通り、吸収済み二酸化炭素を第二吸収体３ｂから脱離させるためにはエネルギーが必要である。このため、第二吸収体３ｂに対し、熱Ｈ１の供給が行われる。本実施形態では、太陽光Ｃ２を変換して熱Ｈ１を得る。
前述した通り、吸収済み二酸化炭素を第二吸収体３ｂから脱離させるためにはエネルギーが必要である。このため、第二吸収体３ｂに対し、熱Ｈ１の供給が行われる。本実施形態では、太陽光Ｃ２を変換して熱Ｈ１を得る。
【0059】
図１Ｂに示すように、熱源４は、反応槽２の鉛直上方（＋Ｚ側）に配置された集熱部材１５で構成される。集熱部材１５は、透光部２０から取り込まれた太陽光Ｃ２を吸収して加熱される。例えば、集熱部材１５は、太陽光Ｃ２を効率的に吸収する観点から、典型的には黒色のコーティングが施された、アルミニウム、銅等の金属で構成される。また、集熱部材１５は、光に対して高い吸収率を示す、グラファイトなどの黒体材料でコーティングされても構わない。
【0060】
図１Ｂの例では、透光部２０は、石英ガラスなどのガラス材料で構成された複数の透明部材２１で構成される。また、これらの透明部材２１の間には、減圧された低圧空間２２が形成されている。低圧空間２２の圧力は、例えば１０ｋＰａ以下であり、典型的にはほぼ０気圧付近である。低圧空間２２は、集熱部材１５が変換した熱Ｈ１が、＋Ｚ側に伝わりにくくする観点で設けられているが、本発明は、低圧空間２２が形成されるか否かに限定されない。
【0061】
（工程Ｓ４：第二吸収体に熱を供給する）
上記工程Ｓ３によって得られた熱Ｈ１を、第二吸収体３ｂに供給する。図１Ｂに示すように、反応槽２は、集熱部材１５の熱Ｈ１を第二吸収体３ｂに対して効率的に供給するための伝熱部材１９を有する。典型的には、伝熱部材１９は、集熱部材１５に対して直接的に配置され、集熱部材１５の熱によって加熱される。伝熱部材１９としては例えば、アルミニウム、銅、セラミックスなどの熱伝達率が高い材料が利用できる。なお、伝熱部材１９は集熱部材１５と同じ材料で一体に構成されてもよい。
上記工程Ｓ３によって得られた熱Ｈ１を、第二吸収体３ｂに供給する。図１Ｂに示すように、反応槽２は、集熱部材１５の熱Ｈ１を第二吸収体３ｂに対して効率的に供給するための伝熱部材１９を有する。典型的には、伝熱部材１９は、集熱部材１５に対して直接的に配置され、集熱部材１５の熱によって加熱される。伝熱部材１９としては例えば、アルミニウム、銅、セラミックスなどの熱伝達率が高い材料が利用できる。なお、伝熱部材１９は集熱部材１５と同じ材料で一体に構成されてもよい。
【0062】
図１Ｂに示すように、高温となった伝熱部材１９が放射する熱Ｈ１が第二吸収体３ｂに供給されて、第二吸収体３ｂが加熱される。すなわち、本実施形態では、太陽光Ｃ２を熱Ｈ１に変換する工程Ｓ３及び第二吸収体３ｂに熱Ｈ１を供給する工程Ｓ４は自動的に実行される。
【0063】
また、二酸化炭素の脱離反応が進む第二吸収体の近傍では、二酸化炭素濃度が局所的に高くなる。二酸化炭素の脱離反応を効率的に進めるには、第二吸収体の近傍の二酸化炭素濃度を低くすることが好ましい。これは、二酸化炭素の脱離反応において、二酸化炭素の生成（脱離）側の系の二酸化炭素濃度を低くすることで、反応系を二酸化炭素の生成側に進みやすくするためである。このため、図１Ｂに示すように、熱Ｈ１の供給と同時に、大気や窒素ガスなどの脱離促進ガスＢ１を導入口５から反応槽２の内部に導入しても構わない。
【0064】
なお、工程Ｓ４においては、熱Ｈ１を第二吸収体３ｂに供給するために、流体からなる伝熱媒体を用いてもよく、この構成は後段の第二実施形態で詳述される。
【0065】
このように、第二吸収体３ｂに熱Ｈ１を供給する工程Ｓ４が、工程（ｃ）に対応する。
【0066】
（工程Ｓ５：脱離した二酸化炭素を回収する）
工程Ｓ４によって脱離された二酸化炭素を含む回収ガスＧ２は、例えば、排出口６を介して図示しない配管を介して植物工場等の二酸化炭素利用施設に送られる。ただし、本発明において、回収ガスＧ２の送出先は限定されない。
工程Ｓ４によって脱離された二酸化炭素を含む回収ガスＧ２は、例えば、排出口６を介して図示しない配管を介して植物工場等の二酸化炭素利用施設に送られる。ただし、本発明において、回収ガスＧ２の送出先は限定されない。
【0067】
このように、二酸化炭素を回収する工程Ｓ５が、工程（ｄ）に対応する。
【0068】
［検証１］
上述した工程Ｓ１～Ｓ５を経て、二酸化炭素を効率的に回収できる点につき、実施例を参照して説明する。具体的には、図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照して述べた構成を用いて、処理対象ガスＧ１としての大気から二酸化炭素を回収する検証が行われた。
上述した工程Ｓ１～Ｓ５を経て、二酸化炭素を効率的に回収できる点につき、実施例を参照して説明する。具体的には、図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照して述べた構成を用いて、処理対象ガスＧ１としての大気から二酸化炭素を回収する検証が行われた。
【0069】
図５は、図１Ｂに倣って、本検証で用いた実験系を模式的に示す断面図である。図５では、工程Ｓ３～工程Ｓ５の実行場面が図示されている。本実験系に係る反応槽２は、図１Ａ等を参照して述べたのと共通の構成を有するため、既述の説明については適宜省略する。本検証で用いた反応槽２の内部の寸法は、長さ（Ｘ方向）が５ｃｍ、幅（Ｙ方向）が２ｃｍ、高さ（Ｚ方向）が０．７ｃｍである。
【0070】
集熱部材１５として、寸法が長さ５ｃｍ、幅２ｃｍ、高さ０．２ｃｍであり、黒体材料でコーティングされたアルミニウム製の板状部材が、高さ０．５ｃｍの位置に設置された。
【0071】
本検証では、二酸化炭素吸収材としてイソホロンジアミンが用いられ、その溶媒としてＰＥＧが用いられた。つまり、二酸化炭素吸収液１２は、溶媒とするＰＥＧとの体積比が１：１として調整されたイソホロンジアミン溶液である。
【0072】
イソホロンジアミン溶液を担持する固体材料としては、富士シリシア製の粒状のシリカが用いられた。このシリカは、平均粒径が１～５ｍｍであり、比表面積が１００～２００ｍ2／ｇである。
【0073】
まず、固体材料１ｇあたりに対して、イソホロンジアミン溶液の重量が数十ｗｔ％となるよう秤量し、当該イソホロンジアミン溶液にメタノールを一定の割合で添加し、混合液を調整した。そして、この混合液に固体材料１ｇを投入して攪拌した。攪拌は、５０ｋＰａの減圧雰囲気で、５０℃程度で加熱しながら行われた。このように、イソホロンジアミン溶液を固体材料に含浸させた後、減圧雰囲気下で加熱してメタノールを蒸発させることで、第一吸収体３ａを得た。
【0074】
なお、本検証では、第一吸収体３ａの調整中に吸収された二酸化炭素を脱離させる観点から、メタノールを蒸発させる処理を行った後、窒素ガス（純度９９．９％）を０．５Ｌ／分で通流させながら、第一吸収体３ａを数時間７０℃で加熱した。その後、第一吸収体３ａの重量を秤量することで、固体材料に対するイソホロンジアミンの担持量を見積もったところ、１８ｗｔ％であった。
【0075】
上記の操作を経て得られた第一吸収体３ａを数ｇ、反応槽２の内部に配置した。そして、処理対象ガスＧ１として、大気（二酸化炭素濃度は約４００ｐｍ）を反応槽２に７．５ｍＬ／分の流量で数十時間導入し、二酸化炭素を吸収済みの第二吸収体３ｂを得た（工程Ｓ２）。
【0076】
二酸化炭素が第一吸収体３ａに吸収されるため、第一吸収体３ａと接触した後の処理対象ガスＧ１の二酸化炭素濃度は低下する。その後、第一吸収体３ａによる二酸化炭素の吸収が終了すると（第二吸収体３ｂ）、反応槽２を通過した処理対象ガスＧ１の二酸化炭素濃度は、反応槽２に導入される前の状態と同程度となる。したがって、本検証では、排出口６の後段で測定した処理対象ガスＧ１の二酸化炭素濃度が４００ｐｐｍとなった時点で、第一吸収体３ａが十分に二酸化炭素を吸収したと判断した。
【0077】
また、本検証では、太陽光Ｃ２を模擬して、ハロゲンランプ３０を用いて集熱部材１５に対して光Ｌ１を照射した（図５参照）。図６に、本検証で用いたハロゲンランプ３０のスペクトルを示す。図６に示すように、本検証で用いたハロゲンランプ３０は、１０００ｎｍ近傍に発光強度が最大となるピーク強度を有し、５００ｎｍ～２０００ｎｍの範囲で、ピーク強度に対して４０％以上の光強度を示す。なお、本検証では、ハロゲンランプ３０に対する投入電力は５０Ｗとされた。
【0078】
また、ハロゲンランプ３０を点灯させて、吸収済み二酸化炭素の脱離を行う際、反応槽２に対して、７．５ｍＬ／分の流量で脱離促進ガスＢ１としての大気を通流させた。
【0079】
【0080】
図７Ａに示すように、回収ガスＧ２の二酸化炭素濃度は、典型的な大気の二酸化炭素濃度である４００ｐｐｍ（０．０４％）を上回った。これは第二吸収体３ｂが、光Ｌ１の照射によって加熱された集熱部材１５から、熱Ｈ１の供給を受けて二酸化炭素を脱離したことによる。また、回収ガスＧ２の二酸化炭素濃度は、最大で約９６００ｐｐｍ（０．９６％）に到達した。これは、大気に比べると２４倍の二酸化炭素濃度である。この点からも、本検証では、第二吸収体３ｂから二酸化炭素の脱離が好適に行われたといえる。
【0081】
このように、少なくとも波長５００ｎｍ～２０００ｎｍの範囲の光Ｌ１が熱Ｈ１に変換され、二酸化炭素の脱離に供されたことが本検証から明らかである。一方で、太陽光Ｃ２は特に波長５００ｎｍから波長２５００ｎｍにかけての強度が大きいことが知られている。つまり、本検証では、ハロゲンランプ３０からの光Ｌ１が用いられたが、光Ｌ１を太陽光Ｃ２に置き換えた場合でも、同様に二酸化炭素の脱離が好適に行えることが理解できる。
【0082】
［検証２］
次に、二酸化炭素吸収材としてイソホロンジアミンを用いることで、二酸化炭素を効率的に回収できる点につき、実施例を参照して説明する。本検証では、上記検証１と同様に、処理対象ガスＧ１としての大気から二酸化炭素を回収する際に、二酸化炭素吸収材を異ならせる検証が行われた。具体的には、二酸化炭素吸収材としてイソホロンジアミンを用いた場合（実施例１）と、比較の例として、二酸化炭素吸収材としてポリエチレンイミンを用いた場合（比較例１）の検証を行った。
次に、二酸化炭素吸収材としてイソホロンジアミンを用いることで、二酸化炭素を効率的に回収できる点につき、実施例を参照して説明する。本検証では、上記検証１と同様に、処理対象ガスＧ１としての大気から二酸化炭素を回収する際に、二酸化炭素吸収材を異ならせる検証が行われた。具体的には、二酸化炭素吸収材としてイソホロンジアミンを用いた場合（実施例１）と、比較の例として、二酸化炭素吸収材としてポリエチレンイミンを用いた場合（比較例１）の検証を行った。
【0083】
（実施例１）
二酸化炭素の脱離の際、反応槽２内の温度が約６０℃となるように熱の供給がされた点を除き、上記検証１で述べたのと同様の操作で実行された。
二酸化炭素の脱離の際、反応槽２内の温度が約６０℃となるように熱の供給がされた点を除き、上記検証１で述べたのと同様の操作で実行された。
【0084】
（比較例１）
イソホロンジアミンに代えて、二酸化炭素吸収材としてポリエチレンイミンが用いられた点を除き、実施例１と同様の条件で実行された。
イソホロンジアミンに代えて、二酸化炭素吸収材としてポリエチレンイミンが用いられた点を除き、実施例１と同様の条件で実行された。
【0085】
図７Ｂは、図７Ａに倣って、本検証の二酸化炭素の脱離結果を示すグラフである。図７Ｂでは、実施例１の結果が実線で、比較例１の結果が破線で示されている。図７Ｂに示すように、実施例１及び比較例１では、回収ガスＧ２の二酸化炭素濃度が、大気の二酸化炭素濃度（０．０４％）を上回った。この点から、両者において、熱の供給によって第二吸収体３ｂが、二酸化炭素を脱離したことがわかる。また、実施例１及び比較例１は、ともに約４時間の時点で回収ガスＧ２の二酸化炭素濃度が最大値を示す結果となった。
【0086】
しかし、比較例１では、回収ガスＧ２の二酸化炭素濃度が最大値を示した後、大気の二酸化炭素濃度（０．０４％）に漸近するまでに約２５時間以上を要する結果となった。これに対し、実施例１では、約１０時間の経過時点で、二酸化炭素濃度が大気のそれに漸近した。回収ガスＧ２の二酸化炭素濃度が大気の二酸化炭素濃度に漸近するのは、二酸化炭素吸収材が、吸収済み二酸化炭素を脱離する反応を終えたことを示す。つまり、イソホロンジアミンは、ポリエチレンイミンと比べて、より短時間で、吸収済み二酸化炭素を脱離可能であることがわかる。
【0087】
前述したように、二酸化炭素の回収においては、二酸化炭素の吸収工程と脱離工程が繰り返される（図３参照）。このとき、吸収工程で二酸化炭素を効率的に吸収する観点からは、当該吸収工程の前段の脱離工程で、吸収体から吸収済み二酸化炭素をなるべく多く脱離することが好ましい。
【0088】
この点に鑑みると、イソホロンジアミンは、６０℃という比較的低温の温度環境であっても、数時間、遅くとも１０時間程度で吸収済み二酸化炭素を脱離できるため、二酸化炭素吸収材として好適である。一方で、ポリエチレンイミンは、６０℃の温度環境では二酸化炭素の脱離に長時間を要するため（図７Ｂ）、数時間程度で吸収済み二酸化炭素を脱離するには、８０℃～１００℃以上の温度が必要であると推察される。このように、二酸化炭素吸収材として、イソホロンジアミンを用いることで、より少ない熱エネルギーで、多くの二酸化炭素の脱離が行うことができる。
【0089】
また、イソホロンジアミンは、１ｍｏｌあたりの二酸化炭素の吸収量が大きいことが分かった。具体的には、イソホロンジアミンの１ｍｏｌあたりの二酸化炭素の吸収量は、実施例１では０．７ｍｏｌであった。ポリエチレンイミンはポリマーであるため、１ｍｏｌあたりの二酸化炭素の吸収量を計算することは容易ではないが、これを考慮しても、イソホロンジアミンに対して１ｍｏｌあたりの二酸化炭素の吸収量は小さい。上記の通り、実施例１と比較例１では、イソホロンジアミンとポリエチレンイミンの体積が等しくされている。理解を容易にする観点から、仮に両者を１Ｌずつ用いたとして、それぞれの密度から重量を計算すると、イソホロンジアミンが９２０ｇ、ポリエチレンイミンが１０８０ｇとなる。イソホロンジアミンの分子量は１７０．３ｇ／ｍｏｌであるから、９２０ｇのイソホロンジアミンは５．４ｍｏｌである。一方で、ポリエチレンイミンは、分子量４３．１ｇ／ｍｏｌのエチレンイミンのポリマーである。これに基づくと、１０８０ｇのポリエチレンイミンは２５．１ｍｏｌのエチレンイミンと考えることができる。
【0090】
上記に鑑みると、イソホロンジアミンは、ポリエチレンイミンの約１／５程度のモル量であるにもかかわらず、ポリエチレンイミンと比較して、吸収済み二酸化炭素の脱離量は同程度である（図７Ｂ参照）。なお、吸収済み二酸化炭素の脱離が同程度であることは、同等の二酸化炭素の吸収を示すといえる。つまり、上記のモル量に基づくと、イソホロンジアミンの二酸化炭素の吸収量は、ポリエチレンイミンの約５倍であると考えられる。このことからも、イソホロンジアミンは、二酸化炭素の吸収能力が高く、二酸化炭素吸収材として好適であるといえる。なお、従来、二酸化炭素吸収材として知られるモノエタノールアミンの１ｍｏｌあたりの二酸化炭素の吸収量は、０．５ｍｏｌ程度である。これとの比較からも、イソホロンジアミンの二酸化炭素の吸収能力が高いことが理解できる。
【0091】
イソホロンジアミンが多くの二酸化炭素を吸収する点、及びイソホロンジアミンが少ない熱エネルギーで吸収済み二酸化炭素を脱離可能な点について、本発明者らは以下のように推察している。イソホロンジアミンは、前述の（１）式の通り、二酸化炭素と反応することで、カルバミン酸を形成する。ここで、イソホロンジアミンが二酸化炭素と反応して得られたカルバミン酸は、固相としてイソホロンジアミン溶液から析出し、液相と分離するという特徴がある。つまり、二酸化炭素を吸収する反応において、生成されたカルバミン酸が順次、反応系（液相）から除かれるため、反応系内で生成物であるカルバミン酸の濃度が高まりにくくなる結果、（１）式における二酸化炭素の吸収反応が進行しやすいと考えられる。この点が、イソホロンジアミンが優れた二酸化炭素吸収性を示す理由であると推察される。
【0092】
また、吸収済み二酸化炭素の脱離反応においては、熱の供給によって、イソホロンジアミン溶液の液相の温度が上昇する。これにより、固相であったカルバミン酸の溶解度が上昇して、液相中にカルバミン酸が溶解する。当該カルバミン酸は生成した際に固相として分離することから、液相と比較して、固相の状態が安定であると考えられる。これに鑑みると、固相で安定なカルバミン酸は、液相中では不安定となり、反応に要するエネルギーが低減すると予想される。この点が、６０℃という比較的低温の温度環境であっても、イソホロンジアミンが二酸化炭素の脱離反応を示す理由であると推察される。
【0093】
なお、本検証では、二酸化炭素吸収材として、イソホロンジアミンが用いられた。しかし、イソホロンジアミンの構造に鑑みれば、環式の化合物であって、分子中に１級又は２級のアミノ基を２個有する環状ジアミンであれば、二酸化炭素と反応した際に固相のカルバミン酸を生成することが推察される。したがって、本検証に基づけば、環状ジアミンを二酸化炭素吸収材として採用することで、二酸化炭素の回収に要するエネルギーを低減できることが理解できる。
【0094】
さらに、前述の第一実施形態や後述する第二実施形態に示すように、二酸化炭素の脱離の際の熱エネルギーを太陽光から得ることで、二酸化炭素の回収に要するエネルギーのさらなる低減が可能である。太陽光の照射量は天候に左右されるという事情があるが、上記の通り、環状ジアミンを二酸化炭素吸収材として採用することで、従来よりも低エネルギーで吸収済み二酸化炭素の脱離が可能となるため、太陽光由来の熱の供給であっても、好適に吸収済み二酸化炭素の脱離が可能となる。
【0095】
［検証３］
前述の通り、二酸化炭素吸収液を固体材料に担持させることで、二酸化炭素吸収液中の環状ジアミンの濃度を高めることができ、より少ないエネルギーで二酸化炭素の脱離が可能となる。この点について、以下の実施例を参照して説明する。
前述の通り、二酸化炭素吸収液を固体材料に担持させることで、二酸化炭素吸収液中の環状ジアミンの濃度を高めることができ、より少ないエネルギーで二酸化炭素の脱離が可能となる。この点について、以下の実施例を参照して説明する。
【0096】
（実施例２）
上記実施例１と同様に吸収済み二酸化炭素の脱離を行った後、回収ガスＧ２の流量と二酸化炭素濃度から、回収された二酸化炭素量を得た。また、当該二酸化炭素量に基づいて、１日当たり１００ｋｇの二酸化炭素を回収するために必要なイソホロンジアミン、ＰＥＧ、及びシリカの量を試算した。また、それぞれの比熱に基づいて、これらの材料から構成される第二吸収体３ｂの温度を室温から６０℃に加熱して、二酸化炭素を脱離するために必要なエネルギー（以下、便宜上「脱離エネルギー」という。）を理論的に計算した。なお、イソホロンジアミン及びＰＥＧの比熱は２．５ｋＪ／ｋｇ Ｋとされ、シリカの比熱は０．９２ｋＪ／ｋｇ Ｋとされた。
上記実施例１と同様に吸収済み二酸化炭素の脱離を行った後、回収ガスＧ２の流量と二酸化炭素濃度から、回収された二酸化炭素量を得た。また、当該二酸化炭素量に基づいて、１日当たり１００ｋｇの二酸化炭素を回収するために必要なイソホロンジアミン、ＰＥＧ、及びシリカの量を試算した。また、それぞれの比熱に基づいて、これらの材料から構成される第二吸収体３ｂの温度を室温から６０℃に加熱して、二酸化炭素を脱離するために必要なエネルギー（以下、便宜上「脱離エネルギー」という。）を理論的に計算した。なお、イソホロンジアミン及びＰＥＧの比熱は２．５ｋＪ／ｋｇ Ｋとされ、シリカの比熱は０．９２ｋＪ／ｋｇ Ｋとされた。
【0097】
（比較例２）
水を溶媒として、約１５ｗｔ％のイソホロンジアミン水溶液を調整し、実験用の二酸化炭素ガスをバブリングして、二酸化炭素を吸収させた。より詳細には、追加の二酸化炭素の吸収を示さなくなるまで二酸化炭素を吸収させた後、平衡状態とするために、大気雰囲気で１時間程度静置した。その後、当該水溶液を室温から６０℃に加熱することで、二酸化炭素の脱離を行った。
水を溶媒として、約１５ｗｔ％のイソホロンジアミン水溶液を調整し、実験用の二酸化炭素ガスをバブリングして、二酸化炭素を吸収させた。より詳細には、追加の二酸化炭素の吸収を示さなくなるまで二酸化炭素を吸収させた後、平衡状態とするために、大気雰囲気で１時間程度静置した。その後、当該水溶液を室温から６０℃に加熱することで、二酸化炭素の脱離を行った。
【0098】
イソホロンジアミン水溶液から脱離した二酸化炭素を含むガスの流量及び二酸化炭素濃度から、脱離された二酸化炭素量を得た。そして、実施例２に倣って、１日当たり１００ｋｇの二酸化炭素を回収するために必要なイソホロンジアミン水溶液の量を試算した。また、イソホロンジアミン水溶液の比熱に基づいて、当該水溶液の温度を室温から６０℃に加熱するために必要な脱離エネルギーを理論的に計算した。
【0099】
（比較例３）
イソホロンジアミン水溶液に代えて、エタノールを溶媒とする約１ｗｔ％のアゾベンゼン溶液を二酸化炭素吸収液とし、二酸化炭素の脱離の際の温度を４０℃とした点を除き、比較例２と同様の条件で実行された。
イソホロンジアミン水溶液に代えて、エタノールを溶媒とする約１ｗｔ％のアゾベンゼン溶液を二酸化炭素吸収液とし、二酸化炭素の脱離の際の温度を４０℃とした点を除き、比較例２と同様の条件で実行された。
【0100】
（検証３の結果）
下記、表１に、実施例２及び比較例２～３の各条件と、本検証で得られた計算結果を示す。
下記、表１に、実施例２及び比較例２～３の各条件と、本検証で得られた計算結果を示す。
【表1】
【0101】
表１によれば、比較例２に対して、実施例２の脱離エネルギーは半分以下である。これは、実施例２では、イソホロンジアミンを含む二酸化炭素吸収液を固体材料に担持させたことで、二酸化炭素吸収液中のイソホロンジアミンの濃度を高められた結果、溶媒の温度上昇に消費されるエネルギーが低減したことによると考えられる。より詳細には、比較例２では、イソホロンジアミン水溶液の濃度は約１５ｗｔ％である。これに対し、実施例２では、ＰＥＧとイソホロンジアミンに対するイソホロンジアミンの濃度は約５０ｗｔ％と高い。なお、実施例２では、シリカを含めた場合のイソホロンジアミンの割合（担持量）は約２０ｗｔ％である。
【0102】
前述の通り、二酸化炭素吸収液の濃度を高めると、粘度が高くなって取り扱いが困難になるという事情がある。しかし、二酸化炭素吸収液を固体材料に担持させることで、二酸化炭素吸収液の濃度が高い場合でも、容易に取り扱いが可能である。つまり、固体状の吸収体とすることで（実施例２）、二酸化炭素吸収液の濃度を高められる結果、熱エネルギーの利用効率が高まり、二酸化炭素の脱離エネルギーが低減される。
【0103】
なお、実施例２は、溶媒がＰＥＧである点で、比較例２と異なる。前述の通り、ＰＥＧは水よりも比熱が小さい。つまり、比熱例２に対して実施例２の脱離エネルギーが低減した点について、実施例２の溶媒がＰＥＧとされた影響も少なからず存在する。しかし、上記の通り、実施例２と比較例２は、二酸化炭素吸収液中のイソホロンジアミンの濃度が大きく異なっている。これに鑑みると、比較例２に対して実施例２の脱離エネルギーが低減された要因として、溶媒の比熱が小さくなった効果よりも、イソホロンジアミンの濃度が高められたことにより、熱エネルギーの利用効率が高まった効果が大きいことが理解できる。つまり、上記の議論は、溶媒がＰＥＧであるか、又は水であるかに左右されない。
【0104】
比較例３では、二酸化炭素の脱離の際の温度を約４０℃とした時点で、一定程度の二酸化炭素の脱離が確認された。このため、比較例３では、ΔＴを２０Ｋとして脱離エネルギーが計算された。また、比較例３は、溶媒として、水よりも比熱が小さいエタノールを用いている。これらの事情に鑑みれば、比較例３の脱離エネルギーは、比較的小さい値になることが想定される。しかし、比較例３の脱離エネルギーは２３．２ＧＪと、比較例２に対して大きな値となった。
【0105】
すなわち、表１によれば、二酸化炭素吸収材をイソホロンジアミンとすることで（比較例２）、ΔＴが低く、溶媒の比熱が小さい比較例３と比較しても、脱離エネルギーを約１／５程度に低減できることが理解できる。このように、比較例３よりも比較例２の脱離エネルギーが小さくなったのは、比較例２のイソホロンジアミン水溶液の濃度が、比較例３よりも高いためと考えられる。つまり、比較例２及び比較例３の対比によっても、二酸化炭素吸収材の濃度を高めることで、脱離エネルギーが低減されることが理解できる。
【0106】
また、比較例３で用いたアゾベンゼンは、水やエタノールなどの溶媒に対する溶解度が低く、粘性が大きい材料である。このため、アゾベンゼン溶液は、例えば５ｗｔ％程度の濃度でも、二酸化炭素の吸収に供するのが困難であった。
【0107】
二酸化炭素吸収材の濃度を高めた状態で二酸化炭素の吸収に供する観点から、アゾベンゼン溶液を固体材料に担持させることも想定される。しかし、固体状の吸収体を容易に調整するためには、固体材料を含浸させる前の二酸化炭素吸収液の濃度が高いことが望ましい。この点、イソホロンジアミンは、比較例２に示すように、例えば約１５ｗｔ％の濃度で水溶液を容易に調整できる。また、イソホロンジアミン溶液を固体材料に担持することで、溶媒に対するイソホロンジアミンの濃度を数十ｗｔ％に高めることも可能である（実施例２）。つまり、アミノ基を有し、溶媒に対する溶解度が大きい点も、イソホロンジアミンなどの環状ジアミンを二酸化炭素吸収材として用いる利点といえる。
【0108】
［検証４］
上述したように、第一吸収体３ａを準備する工程Ｓ１において、基材１０に二酸化炭素吸収液１２を担持させる前に、基材１０に対してプラズマガスを吹き付けるか又は紫外線を照射してもよい。この基材１０に対する紫外線の照射による効果について検証を行ったので、以下において説明する。
上述したように、第一吸収体３ａを準備する工程Ｓ１において、基材１０に二酸化炭素吸収液１２を担持させる前に、基材１０に対してプラズマガスを吹き付けるか又は紫外線を照射してもよい。この基材１０に対する紫外線の照射による効果について検証を行ったので、以下において説明する。
【0109】
具体的には、検証１で上述したのと同様の方法で第一吸収体３ａを調整する際、混合液に投入する前に、固体材料に対してＸｅエキシマランプを用いてピーク波長１７２ｎｍ近傍の紫外線を照射した。紫外線の照射は、放射照度が数十ｍＷ／ｃｍ2とされ、数秒間行われた。
【0110】
その後は、再び検証１で上述したのと同様に、メタノールの蒸発、加熱等の処理を経て、第一吸収体３ａの重量を秤量し、固体材料に対するイソホロンジアミンの担持量を見積もった。紫外線を照射していない、検証１で得られた前記担持量との対比結果を下記表１に示す。
【0111】
【表2】
【0112】
表２によれば、固体材料に対して紫外線を照射することで、固体材料におけるイソホロンジアミンの担持量が、紫外線の照射が無い場合（検証１）の約１．２倍となった。これは、紫外線の照射によって、固体材料の細孔表面に親水性の官能基が形成された結果、イソホロンジアミンを含む二酸化炭素吸収液に対する細孔表面のぬれ性が向上したためと考えられる。
【0113】
固体材料における二酸化炭素吸収材の担持量を増加させることで、吸収体の二酸化炭素吸収能力を高められる。また、細孔表面の二酸化炭素吸収液に対するぬれ性が向上される結果、二酸化炭素の吸収工程及び脱離工程に係る操作を繰り返した際に（図３参照）、細孔表面からの二酸化炭素吸収液の剥がれ落ちが抑制されると推察される。つまり、固体材料に対する紫外線の照射を行った後に、二酸化炭素吸収液を担持させることで、二酸化炭素の回収が繰り返し行われた場合でも、二酸化炭素吸収液の剥がれ落ちによる吸収体の劣化が抑制される。これにより、回収システム全体を見た時の二酸化炭素の回収能力の維持が期待できる。
【0114】
固体材料の細孔に対してプラズマガスを吹き付けることによっても、細孔表面に親水性の官能基を形成できる。つまり、本検証の結果に基づけば、プラズマガスの吹き付けによっても、細孔表面を親水化し、固体材料における二酸化炭素吸収材の担持量を増加できることが推察される。
【0115】
［検証５］
二酸化炭素吸収材として、イソホロンジアミンとは異なる環状ジアミンを用いた場合を検討したので、以下、実施例３として説明する。
二酸化炭素吸収材として、イソホロンジアミンとは異なる環状ジアミンを用いた場合を検討したので、以下、実施例３として説明する。
【0116】
（実施例３）
実施例３では、イソホロンジアミンに代えて、二酸化炭素吸収材として、４，４－メチレンビス（２－メチルシクロヘキシルアミン）が用いられた。以下、便宜上、当該アミン系材料を「ＭＢＭＣＡ」とする。
実施例３では、イソホロンジアミンに代えて、二酸化炭素吸収材として、４，４－メチレンビス（２－メチルシクロヘキシルアミン）が用いられた。以下、便宜上、当該アミン系材料を「ＭＢＭＣＡ」とする。
【0117】
実施例３では、検証３の実施例２に倣って、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作が実行され、実験値から脱離エネルギーが計算された。また、アミン系材料の特徴に鑑みて、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を繰り返した時の第一吸収体３ａの重量変化が評価された。
【0118】
具体的には、検証１の項で述べたのと同様に、固体材料１ｇあたりに対して、ＭＢＭＣＡ溶液の重量が数十ｗｔ％となるよう秤量した後、攪拌用に添加したメタノールの蒸発、及び加熱等の処理を経て、第一吸収体３ａを得た。
【0119】
次に、上記の操作を経て得られた第一吸収体３ａを反応槽２内に配置して、第一吸収体３ａに対して二酸化炭素を吸収させた（工程Ｓ２）。そして、吸収済み二酸化炭素の脱離のために熱供給が実行された（工程Ｓ４）。二酸化炭素の吸収工程Ｓ２、及び熱の供給工程Ｓ４のそれぞれの操作は、上記検証２の実施例１と同様である。
【0120】
検証３で述べたのと同様の方法で、ＭＢＭＣＡの二酸化炭素の脱離エネルギーを評価したところ、ＭＢＭＣＡの脱離エネルギーは約２ＧＪとなり、イソホロンジアミンの脱離エネルギーとほぼ同等の値となった。また、ＭＢＭＣＡの１ｍｏｌあたりの二酸化炭素の吸収量についても、イソホロンジアミンと同程度の値となった。
【0121】
つまり、イソホロンジアミンに代えて、環状ジアミンであるＭＢＭＣＡを二酸化炭素吸収材として用いた場合でも、検証３の実施例２で述べたのと同様に、二酸化炭素の脱離エネルギーが低減されることが理解できる。なお、環状ジアミンを用いることで、二酸化炭素の脱離エネルギーを低減できる点に関しては、前述の通りである。
【0122】
また、ＭＢＭＣＡは、分子量が約２８８ｇ／ｍｏｌと大きく、沸点が約３４０℃と比較的高いという特徴を有する。これに鑑みて、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を繰り返した時の第一吸収体３ａの重量変化を評価した。
【0123】
ここで、吸収済み二酸化炭素を脱離するための熱供給によって、固体材料に担持された一部のアミン系材料が蒸発してしまう場合がある。より詳細には、二酸化炭素の吸収工程においては、大気等の処理対象ガスＧ１中の水分が、二酸化炭素と共に第一吸収体３ａに吸着され、アミン系材料が局所的に水溶液状態となると想定される。この状態で、二酸化炭素の脱離のための熱供給が行われることで、一部のアミン系材料が上記水分と共に蒸発しやすくなると考えられる。
【0124】
第一吸収体３ａからのアミン系材料の蒸発が顕著になると、第一吸収体３ａをより早期に交換する必要が生じる。このため、第一吸収体３ａの二酸化炭素の回収能力の維持に鑑みると、アミン系材料の蒸発に起因する、第一吸収体３ａの重量変化を抑制するのが好ましい。
【0125】
これに対し、ＭＢＭＣＡが担持された第一吸収体３ａに対して、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を所定の回数繰り返したところ、当該第一吸収体３ａの重量変化は小さく、１％以下の結果であった。
【0126】
このように、第一吸収体３ａの重量変化が１％以下と小さい値に抑制されたのは、ＭＢＭＣＡの沸点が高いことに起因すると考えられる。分子量が大きく、高い沸点を有することに鑑みて、ＭＢＭＣＡ等の環状ジアミンを、二酸化炭素吸収材として採用しても構わない。つまり、アミン系材料として、ＭＢＭＣＡを採用することにより、熱供給等によるアミン系材料の蒸発を抑制しつつ、二酸化炭素の吸収量を高めることができると考えられる。
【0127】
また、本検証に鑑みると、二酸化炭素吸収材として、４，４－メチレンビス（シクロヘキシルアミン）を採用するのも好適である。以下、便宜上、当該アミン系材料を「ＭＢＣＡ」とする。
【0128】
ＭＢＣＡは、ＭＢＭＣＡと類似の構造を有する環状ジアミンであると共に、分子量が約２１０ｇ／ｍｏｌと大きく、沸点が約３３０℃と比較的高いという特徴を有する。これに鑑みると、二酸化炭素吸収材としてＭＢＣＡを採用した場合でも、ＭＢＭＣＡと同様に、熱供給等によるアミン系材料の蒸発を抑制しつつ、二酸化炭素の吸収量を高めることができると考えられる。
【0129】
つまり、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を繰り返した際の、第一吸収体３ａの重量変化が抑制されるという点で、ＭＢＭＣＡやＭＢＣＡは好適な材料である。これに鑑みて、アミン系材料として、ＭＢＭＣＡ、又はＭＢＣＡ等の環状ジアミンを採用しても構わない。
【0130】
［検証６］
次に、二酸化炭素吸収液１２を担持する固体材料を、炭素材料で構成する効果を検証したので、以下において実施例４として説明する。具体的には、検証１で上述したのと同様の方法で第一吸収体３ａを調整する際、イソホロンジアミン溶液を担持する固体材料を異ならせた。本検証では、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を繰り返した時の第一吸収体３ａの重量変化が評価された。
次に、二酸化炭素吸収液１２を担持する固体材料を、炭素材料で構成する効果を検証したので、以下において実施例４として説明する。具体的には、検証１で上述したのと同様の方法で第一吸収体３ａを調整する際、イソホロンジアミン溶液を担持する固体材料を異ならせた。本検証では、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を繰り返した時の第一吸収体３ａの重量変化が評価された。
【0131】
（実施例４）
イソホロンジアミン溶液を担持する固体材料として、ペレット状の活性炭を用いた点を除き、上記検証１と同様の方法で、第一吸収体３ａを調整した。当該活性炭は円柱型状を呈し、平均粒径が１．５ｍｍ～３．０ｍｍであり、高さは５ｍｍ程度であった。また、比表面積は約３０００ｍ2／ｇであり、細孔容積は１．４７ｍｌ／ｇであった。さらに、当該活性炭が有する細孔１１の口径Ｄ２は、１．８ｎｍであった（図４Ａ参照）。
イソホロンジアミン溶液を担持する固体材料として、ペレット状の活性炭を用いた点を除き、上記検証１と同様の方法で、第一吸収体３ａを調整した。当該活性炭は円柱型状を呈し、平均粒径が１．５ｍｍ～３．０ｍｍであり、高さは５ｍｍ程度であった。また、比表面積は約３０００ｍ2／ｇであり、細孔容積は１．４７ｍｌ／ｇであった。さらに、当該活性炭が有する細孔１１の口径Ｄ２は、１．８ｎｍであった（図４Ａ参照）。
【0132】
検証１の項で述べたのと同様に、固体材料１ｇあたりに対して、イソホロンジアミン溶液の重量が数十ｗｔ％となるよう秤量した後、攪拌用に添加したメタノールの蒸発、及び加熱等の処理を経て、第一吸収体３ａを得た。
【0133】
次に、上記の操作を経て得られた第一吸収体３ａを反応槽２内に配置して、第一吸収体３ａに対して二酸化炭素を吸収させた（工程Ｓ２）。そして、吸収済み二酸化炭素の脱離のために熱供給が実行された（工程Ｓ４）。二酸化炭素の吸収工程Ｓ２、及び熱の供給工程Ｓ４のそれぞれの操作は、上記検証２の実施例１と同様である。
【0134】
固体材料が活性炭とされた第一吸収体３ａに対して、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を所定の回数繰り返したところ、当該第一吸収体３ａの重量変化は、極めて小さく、０．１％以下であった。
【0135】
本発明者らは、実施例４において、第一吸収体３ａの重量変化が０．１％以下と、極めて小さい値に抑制された要因について、以下のように推察している。活性炭等の炭素材料では、炭素原子が構成する六員環、又は五員環の環構造が不規則に積み重なっている。一方で、イソホロンジアミン等の環状ジアミンも環式の化合物であり、構造中に環構造を有する。炭素材料、及び環状ジアミンの両者が、環構造を有するため、両者の環構造の間に、π電子相互作用に由来する結合力が生ずると推察される。
【0136】
つまり、実施例４において、第一吸収体３ａの重量変化が極めて小さくなったのは、固体材料が活性炭とされることで、イソホロンジアミンと固体材料との間にπ電子相互作用に由来する結合力が発生し、イソホロンジアミンが固体材料に対してより強固に担持されたためではないかと推察される。
【0137】
また、活性炭等の炭素材料が有する細孔１１の内部には、口径Ｄ２より小さい微小孔が存在するのが典型的である。当該微小孔が存在することによって生ずるアンカー効果も、固体材料に対するイソホロンジアミンの担持に寄与していると推察される。
【0138】
上記検証５でも述べた通り、第一吸収体３ａからのイソホロンジアミンの蒸発が顕著になると、第一吸収体３ａをより早期に交換する必要が生じる。このため、第一吸収体３ａの二酸化炭素の回収能力を維持する観点から、イソホロンジアミンの蒸発に起因する、第一吸収体３ａの重量変化を抑制するのが好ましい。
【0139】
これに対し、実施例４では、第一吸収体３ａの重量変化が小さく、イソホロンジアミンの蒸発が抑制されている。つまり、実施例４では、固体材料が活性炭とされることで、固体材料に対してイソホロンジアミンがより強固に担持される結果、イソホロンジアミンの蒸発が抑制されたと推察される。第一吸収体３ａの重量変化を抑制するという観点から、二酸化炭素吸収液を担持する固体材料として、活性炭等の炭素材料を採用しても構わない。また、上記においては、アミン系材料がイソホロンジアミンであるものとして述べたが、アミン系材料が例えばＭＢＭＣＡ等の環状ジアミンとされる場合でも、同様の議論が可能である。
【0140】
さらに、活性炭が有する細孔１１の口径Ｄ２がより大きくなれば、当該細孔に担持された二酸化炭素吸収液１２と、処理対象ガスＧ１に含まれた二酸化炭素とが接触する面積が大きくなり、より効率的に二酸化炭素の吸収が行われると考えられる。
【0141】
ここで、実施例２において、固体材料として用いられたシリカの細孔１１の口径Ｄ２は５０ｎｍであった。また、本発明者らは、一例として、口径Ｄ２がそれぞれ１０ｎｍ、３０ｎｍである細孔１１を有するシリカに対して、実施例２と同様に二酸化炭素吸収液１２を担持させて、二酸化炭素の吸収、及び脱離の操作を実行したところ、細孔１１の口径Ｄ２が大きくなるにつれて、二酸化炭素の吸収量が大きくなることを確認した。固体材料が有する細孔１１の口径Ｄ２が大きくなることで、二酸化炭素の吸収が効率的に行われる点については、固体材料が活性炭とされた場合でも、同様であると考えられる。
【0142】
一方で、本発明者らは、シリカに対して二酸化炭素吸収液１２を担持させる場合において、当該シリカが有する細孔１１の口径Ｄ２が０．１μｍを超えると、担持された二酸化炭素吸収液１２の一部が、細孔１１から剥がれ落ちる現象を確認した。この現象は、活性炭が有する細孔１１においても同様に起き得ると推察される。
【0143】
上記に鑑みると、活性炭等の炭素材料が有する細孔１１の口径Ｄ２は、３０ｎｍ～０．１μｍの範囲とされるのが好ましい。
【0144】
つまり、炭素材料で構成された多孔性物質であって、細孔に環状ジアミンが担持された吸収体によれば、熱供給等に起因する環状ジアミンの蒸発を抑制しながら、当該環状ジアミンにより好適に二酸化炭素の吸収、及び脱離を行うことが可能である。また、前述の通り、当該多孔性物質の平均細孔径は、３０ｎｍ～０．１μｍの範囲であることが好ましい。
【0145】
活性炭は、ヤシ殻やおが屑等の木質材料を、従来公知の方法で賦活処理することで製造可能である。一例として、活性炭は、木質材料を水酸化カリウム等の賦活剤を用いて賦活処理（「アルカリ賦活」ともいわれる。）することで製造される。また、活性炭の製造方法としては、木質材料を水蒸気等のガスを用いて賦活処理（「ガス賦活」ともいわれる。）する方法も採用できる。活性炭が有する細孔１１の口径Ｄ２は、賦活処理の条件を適宜変更することにより、調整が可能である。
【0146】
また、固体材料が炭素材料で構成された場合でも、第一吸収体３ａを準備する工程Ｓ１において、二酸化炭素吸収液１２を担持させる前に、固体材料に対してプラズマガスを吹き付けるか、又は紫外線を照射しても構わない。
【0147】
検証４の項で述べたように、固体材料の細孔１１に対して、紫外線の照射、又はプラズマガスの吹き付けを実行することで、細孔表面に親水性の官能基が形成される。当該官能基の具体例は水酸基（－ＯＨ）であるが、当該水酸基では、電子が酸素原子に局在化しており、酸素原子が帯電した状態にある。
【0148】
このため、当該細孔に形成された水酸基と、イソホロンジアミン等のアミン系材料中の炭素原子や水素原子との間には、双極子相互作用に由来する結合力が生じると考えられる。当該結合力により、炭素材料の細孔１１に対して二酸化炭素吸収液１２がより強固に担持されると考えられる。これにより、第一吸収体３ａを調整する際の担持割合が増加すると共に、二酸化炭素の脱離の際のアミン系材料の蒸発が抑制されると考えられる。
【0149】
上記に鑑みると、二酸化炭素吸収液１２を担持させる前に、活性炭等の炭素材料の細孔１１に対して、プラズマガスを吹き付ける、又は紫外線を照射するのが好適である。
【0150】
さらに、第一吸収体３ａの調整の際に、炭素材料と環状ジアミンであるアミン系材料とのπ電子相互作用に由来する結合力を利用する態様は、固体材料を炭素材料とする例に限られない。例えば、固体材料がシリカで構成される場合においても、二酸化炭素吸収液１２を細孔１１に担持する際に固体材料が投入される混合液に対して、例えば繊維状、又は粉末状の炭素材料を添加してもよい。当該炭素材料としては、例えばカーボンナノチューブ等の炭素繊維が挙げられる。一例として、アミン系材料、ＰＥＧ等の溶媒、及び当該炭素材料の重量比は７５：２５：１００とされる。
【0151】
混合液に添加された炭素材料は、二酸化炭素吸収液１２と共に、細孔１１内に担持される。この際、当該炭素材料と、二酸化炭素吸収液１２中のアミン系材料との間には、前述したπ電子相互作用に由来する結合力が生じる。当該結合力により、炭素材料からのアミン系材料の脱離が抑制される結果、例えば吸収済み二酸化炭素の脱離のために熱が供給されても、当該アミン系材料が細孔１１から蒸発しにくくなると考えられる。
【0152】
加えて、上記の議論に鑑みると、固体材料は、セルロースを含む多孔性物質で構成されても構わない。
【0153】
セルロースの分子構造の一例を下記（２）式に示す。（２）式に示すように、セルロースは、炭素原子を含む六員環構造を有するため、π電子相互作用によって、イソホロンジアミン等の環状ジアミンとより強く結合すると考えられる。また、セルロースは、水酸基を多数有するため、セルロースとアミン系材料との間の前述の双極子相互作用に由来する結合力の増大も期待できる。このように、セルロースを含む多孔性物質に対して、二酸化炭素吸収液１２を担持させることで、固体材料に対して効率的に二酸化炭素吸収液１２を担持させる、又は二酸化炭素の脱離操作による二酸化炭素吸収液１２の劣化を抑制することができる。
【化2】
【0154】
セルロースを含む多孔性物質は、木材等から得られる植物繊維（「パルプ」ともいわれる。）を解繊することで得られるセルロースファイバーと、樹脂材料とを混合して製造される。当該樹脂材料としては、例えばポリプロピレン、又はポリエチレン等が挙げられる。
【0155】
より具体的には、セルロースファイバーは、パルプを水溶液中に分散させた状態で、ＴＥＭＰＯ酸化等の化学処理や、破砕等の機械処理によりパルプを解繊することで得られる。セルロースファイバーと、樹脂材料とを混合して成形することで、粒状、又はペレット状の固体材料を製造することができる。例えばセルロースファイバーと樹脂材料の比は、７：３とされる。
【0156】
当該固体材料は、繊維状のセルロースファイバー同士の間隙により構成される細孔を有する、多孔性物質である。当該細孔の口径は例えば５０ｎｍ程度となる。なお、当該細孔の口径は、セルロースファイバーの解繊条件を調整して、セルロースファイバーの太さや長さを変更することで適宜調整可能である。セルロースを含む多孔性物質においても、上記の炭素材料と同様に、細孔の口径は５０ｎｍ～１μｍとされるのが好ましい。
【0157】
セルロースファイバーは、木材等を原材料とするため、排気焼却時に排出される二酸化炭素を吸収しているカーボンニュートラルな素材である。また、セルロースファイバーは、間伐材や、例えばトウモロコシ等の食材の非可食部からも製造することが可能である。つまり、セルロースファイバーを利用することで、二酸化炭素を回収するシステムの稼働に由来する二酸化炭素の排出量を低減でき、好適である。
【0158】
上記の通り、本発明によれば、従来の方法と比較して、投入エネルギー量を低下させながらも二酸化炭素の回収効率を高めることが可能となる。このことは、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」にも大きく貢献するものである。
【0159】
［第二実施形態］
以下、二酸化炭素の回収システムの第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
以下、二酸化炭素の回収システムの第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【0160】
上記第一実施形態では、熱源４が反応槽２の内部に配置されたが、熱源４は反応槽２の外側において反応槽２とは独立した位置に配置することも可能である。つまり、本実施形態では、熱源４によって加熱された伝熱媒体が、反応槽２の内部に導入され、反応槽２内部の第二吸収体３ｂに対して熱Ｈ１を供給する。
【0161】
図８は、回収システム１の第二実施形態の構成を模式的に示す図面であり、一部の構成要素がブロック図にて示されている。図８に示すように、本実施形態に係る回収システム１は、反応槽２と、熱源４と、熱源４と反応槽２を連絡する第一流路３１と、処理対象ガスＧ１を反応槽２に導入する第二流路３２と、処理対象ガスＧ１等の通流方向に関して反応槽２の後段に位置する第三流路３３を備える。なお、図８では、工程Ｓ４（図３参照）の場面が図示されており、伝熱媒体Ａ１としての大気が第一流路３１から反応槽２に導入される場面が描かれている。
【0162】
本実施形態では、図示しない送風ファンなどの通流機構によって反応槽２に送り込まれる大気が伝熱媒体Ａ１として利用される。また、本実施形態では、処理対象ガスＧ１は大気である。このため、回収システム１は、第二流路３２を通流する大気の流量を制御可能な第一バルブＶ１と、第一流路３１を通流する大気の流量を制御可能な第二バルブＶ２と、各バルブ（Ｖ１，Ｖ２）の開閉状態を制御する制御部８を備える。図８では、第一バルブＶ１が閉状態とされ、第二バルブＶ２が開状態とされており、バルブの開閉状態を模式的に表現するために、各バルブの配管に対する位置が異なるように描かれている。
【0163】
また、反応槽２は、反応槽２の内部空間の温度を計測する温度計９を有する。制御部８は、後述するように、温度計９からの反応槽２内の温度情報ｄ０に基づいて、各バルブ（Ｖ１，Ｖ２）に対して、バルブの開度を調整する信号（ｄ１，ｄ２）を送信可能である。
【0164】
以下、本実施形態の構成について、図９～図１２を参照しつつ説明する。図９及び図１０は、反応槽２の構造を模式的に示す断面図であり、図９が工程Ｓ２の場面に対応し、図１０が工程Ｓ４の場面に対応する（図３参照）。また、図１１及び図１２は熱源４の構造を模式的に示す断面図であり、図１２は図２に倣って、図１１に係る熱源４をＺ方向から見た際の図面である。
【0165】
図９に示すように、反応槽２の内部には、前述した工程Ｓ１を経て準備された第一吸収体３ａが配置される。そして、第二バルブＶ２が閉状態、第一バルブＶ１が開状態とされて、処理対象ガスＧ１としての大気が導入口５ｂを介して反応槽２に導入される。第一吸収体３ａが、処理対象ガスＧ１に含まれる二酸化炭素を吸収することで、第二吸収体３ｂが得られる（工程Ｓ２）。
【0166】
次に、熱源４によって、工程Ｓ３が実行される。図１１に示すように、熱源４は、加熱槽４ａと、加熱槽４ａの鉛直上方（＋Ｚ側）に配置された集熱部材１５と、集熱部材１５に直接的に配置された伝熱部材１９と、太陽光Ｃ２を内部に取り込むための透光部２０を有する。なお、図１２では、図示の便宜上、透光部２０、集熱部材１５、及び伝熱部材１９の一部が省略されて示されている。熱源４は、第一実施形態に係る反応槽２と共通の構造を有するため、共通部分についての説明は簡略化される。
【0167】
図１１に示すように、伝熱媒体Ａ１としての大気が、導入口５を介して加熱槽４ａの内部に導入される。そして、集熱部材１５が太陽光Ｃ２を変換した熱Ｈ１によって高温となった伝熱部材１９に、伝熱媒体Ａ１が接触し、加熱される。その後、伝熱媒体Ａ１は排出口６から排出され、第一流路３１を介して反応槽２に送り込まれる。なお、透光部２０については第一実施形態と同様の議論が可能である。
【0168】
伝熱部材１９と伝熱媒体Ａ１が接触する面積を増やす観点から、伝熱部材１９は、図１２に示すように、例えば板状の部材で構成されて、その主面が伝熱媒体Ａ１の通流方向に関して略垂直になるように配置されても構わない。同様の観点から、Ｙ方向に関して加熱槽４ａの内壁と伝熱部材１９の間に位置し、伝熱媒体Ａ１が通過する通流部２５が、Ｘ方向（通流方向）に見た際に伝熱媒体Ａ１の通流方向に関して後段に位置する伝熱部材１９の主面に重なる構成とされても構わない。なお、ここでいう「主面」とは、板状の伝熱部材１９が有する面のうち、他の面よりも遥かに面積の大きい面を指す。
【0169】
熱源４によって加熱された伝熱媒体Ａ１としての大気が、図１０に示すように、導入口５ａを介して第二吸収体３ｂが位置する反応槽２内部に導入される。この際、典型的には第二バルブＶ２が開状態とされ、第一バルブＶ１が閉状態とされる。このように、第二吸収体３ｂに対して高温の伝熱媒体Ａ１が接触されて、第二吸収体３ｂに対して熱Ｈ１が供給される（工程Ｓ４）。
【0170】
熱Ｈ１の供給によって第二吸収体３ｂから脱離した二酸化炭素を含む回収ガスＧ２は、排出口６ａを介して回収される（工程Ｓ５）。
【0171】
なお、本実施形態では、伝熱媒体Ａ１として大気が利用されるため、伝熱媒体Ａ１を反応槽２内部に導入することによって、第二吸収体３ｂ近傍の二酸化炭素濃度を低くすることができる。つまり、伝熱媒体Ａ１としての大気は、二酸化炭素の脱離を促進する脱離促進ガスＢ１としての機能も奏する。
【0172】
伝熱媒体Ａ１としての大気によって、第二吸収体３ｂを加熱することで、吸収済みの二酸化炭素が脱離されるが、吸収体３を繰り返し利用する観点から（図３参照）、第二吸収体３ｂに対する熱影響が低減されることが好ましい。このため、制御部８は、温度計９からの温度情報ｄ０を受信して、反応槽２内の温度が所定値以上である場合には、第一バルブＶ１に対して開度を調整する信号ｄ１を送信する。第一バルブＶ１の開度を調整することで、伝熱媒体Ａ１より低温の大気が導入可能なため、反応槽２内の温度を低下させ、第二吸収体３ｂに対する熱影響を低減できる。つまり、この場合の大気は「冷却ガス」に対応する。また、反応槽２内の温度の冷却を促進する観点から、第二バルブＶ２に対して信号ｄ２を送信して、第二バルブＶ２の開度を調整しても構わない。なお、所定値は、一例として吸収体３を構成する二酸化炭素吸収材の沸点などの熱耐性を考慮して決定される値である。所定値は、例えば、１００℃以下とされてもよく、好ましくは８０℃以下であり、より好ましくは６０℃以下である。
【0173】
なお、本実施形態では、制御部８が温度計９からの温度情報ｄ０に基づいて、各バルブ（Ｖ１，Ｖ２）の開度を調整し、工程Ｓ４における反応槽２内の温度を低下させる例を説明した。しかし、制御部８は、例えばＶ２が開状態とされた累積時間が予め設定された時間に到達した場合に、所定の時間、第一バルブＶ１を開状態として第二バルブＶ２を閉状態とする制御を行うものとしても構わない。
【0174】
本実施形態では反応槽２に導入される伝熱媒体Ａ１を加熱する構成を示したが、図１を参照して述べたように、反応槽２内に配置されて、伝熱媒体Ａ１及び第二吸収体３ｂを加熱する熱源４の構成を併用しても構わない。
【0175】
［別実施形態］
〈１〉 図１３及び図１４は、回収システム１の別実施形態の構成を模式的に示す図面であり、構成の一部がブロック図で示されている。図１３は、工程Ｓ２が実行される場面に対応し、図１４は、工程Ｓ４及び工程Ｓ５が実行される場面に対応する。
〈１〉 図１３及び図１４は、回収システム１の別実施形態の構成を模式的に示す図面であり、構成の一部がブロック図で示されている。図１３は、工程Ｓ２が実行される場面に対応し、図１４は、工程Ｓ４及び工程Ｓ５が実行される場面に対応する。
【0176】
本実施形態は、伝熱媒体Ａ１としての大気と、反応槽２から回収された二酸化炭素を含む回収ガスＧ２との間で熱交換を行う熱交換機３６を備える（図１４参照）。また、回収システム１は、第三流路３３から分岐され、反応槽２を通流した後の処理対象ガスＧ１が通流する第四流路３４と（図１３参照）、第四流路３４に配置された第四バルブＶ４を有する。なお、反応槽２及び熱源４の構成については、図９～図１２を参照して述べたのと同様の議論が可能である。
【0177】
図１３に示すように、工程Ｓ２の実行場面では、第二流路３２に配置された第一バルブＶ１及び第四バルブＶ４が開状態とされて、図示しないファンなどの通流機構によって反応槽２内に処理対象ガスＧ１が導入される。反応槽２内で、第一吸収体３ａによって二酸化炭素が吸収された処理対象ガスＧ１は、第四流路３４を介して例えば外空間に排出される。
【0178】
図１４に示すように、工程Ｓ４及び工程Ｓ５の実行場面では、伝熱媒体Ａ１としての大気が通流する第一流路３１に配置された第二バルブＶ２と、回収ガスＧ２が通流する第三流路３３に配置された第三バルブＶ３が開状態とされる。本実施形態では、図１４に示すように、伝熱媒体Ａ１として、植物工場３５で植物が生育される空間（以下、便宜上、「生育空間３５ａ」という。）における大気を利用する。さらに、反応槽２内の第二吸収体３ｂから脱離された二酸化炭素を含む回収ガスＧ２は、生育空間３５ａで利用可能である。回収ガスＧ２は、第二吸収体３ｂを加熱することで脱離された二酸化炭素を含むため、伝熱媒体Ａ１としての大気よりも高い温度を有する。したがって、回収ガスＧ２と伝熱媒体Ａ１としての大気との間で熱交換を行うことが好ましい。
【0179】
なお、微量ではあるが、熱Ｈ１の供給によって、第二吸収体３ｂに含まれる環状ジアミンが蒸発する場合がある。このため、回収ガスＧ２は、熱Ｈ１の供給よって蒸発した微量の環状ジアミン由来の成分を含むことが想定される。これに鑑みると、回収ガスＧ２と、植物工場３５内の図示しない水耕栽培用の排水との間で熱交換を行い、回収ガスＧ２を冷却することが好ましい。回収ガスＧ２を冷却することで、環状ジアミン由来の成分を冷却トラップし、生育空間３５ａ内に環状ジアミン由来の成分が流入することを抑制できる。なお、伝熱媒体Ａ１としての大気に十分な熱を供給するため、冷却トラップとしての熱交換は、当該大気と回収ガスＧ２との間で熱交換を行った後に実行されることが好ましい。
【0180】
なお、植物工場３５では、植物固有の概日リズム（サーカディアンリズム）に合わせて生育用の照明を点灯又は消灯することが想定される。つまり、当該照明が点灯される間は、植物の光合成により、生育空間３５ａの二酸化炭素濃度が低下する。したがって、前述した脱離促進ガスＢ１としての効果を高める観点から、生育空間３５ａにおける大気を伝熱媒体Ａ１として利用することが好ましい。なお、植物の呼吸等によって、生育空間３５ａの二酸化炭素濃度が高い場合（典型的には生育用の照明が消灯される間）には、例えば外空間などの別の空間の大気を伝熱媒体Ａ１として利用しても構わない。
【0181】
〈２〉 上記第二実施形態では、工程Ｓ４において、伝熱媒体Ａ１としての大気が反応槽２の内部空間に導入されるものとした。しかし、図１５に示すように、反応槽２の外側を通流する伝熱媒体Ａ１と、第二吸収体３ｂが内部に位置する反応槽２との間で熱交換を行っても構わない。図１５は、回収システム１の別構成例の一部を模式的に示す図面である。また、図１６Ａは、図１５における熱源４の構成を模式的に示す斜視図であり、図１６Ｂは、図１６Ａの熱源４をＸ方向から見た際のＺＹ断面図である。なお、図１６Ａ及び図１６Ｂでは、伝熱媒体Ａ１の通流方向がＸ方向とされている。
【0182】
図１６Ａに係る熱源４は、例えば図１６Ｂに示すようにＬ字型の断面形状を有し、その内部に伝熱媒体Ａ１としての水が収容されている。熱源４は、外壁面の一部に平板状の集熱部材１５を有し、集熱部材１５が太陽光Ｃ２を吸収することで加熱され、高温の水（以下、「温水」と記載する）を生成する。集熱部材１５が効率的に太陽光Ｃ２を受光出来るように、熱源４は架台４１等の傾斜面に配置されるのが典型的である。温水は、流路４０を通流するように構成され、伝熱媒体Ａ１としての温水と、反応槽２との間で熱交換を行うことで、反応槽２内の第二吸収体３ｂに対して熱Ｈ１を供給することができる。
【0183】
なお、この際、反応槽２内の二酸化炭素濃度を低下させ、第二吸収体３ｂからの吸収済み二酸化炭素の脱離を促進する観点から、例えば第二流路３２から脱離促進ガスＢ１としての大気を反応槽２内に導入しても構わない（図１５参照）。
【0184】
〈３〉 また、図１５では、流路４０を通流する伝熱媒体Ａ１としての温水と、反応槽２との間で熱交換を行う例を説明した。しかし、当該温水と、図８及び図１０を参照して述べた第一流路３１を通流する伝熱媒体Ａ１としての大気との間で熱交換を行っても構わない。つまり、当該熱交換によって高温となった大気が反応槽２に導入されることで、第二吸収体３ｂに熱Ｈ１が供給され（図１０参照）、吸収済み二酸化炭素の脱離が行われる。
【0185】
〈４〉 上記実施形態は適宜組み合わせて実現できる。例えば、図８又は図１５に係る反応槽２の内部に、追加的に熱源４が配置されても構わない。当該反応槽２の構成としては、例えば図１を参照して述べた構成が利用できる。
【0186】
〈５〉 上記においては、吸収体３が粒状であるものとして説明したが、前述したように吸収体３の形状はこれに限られず、例えば板状であっても構わない。
【0187】
〈６〉 上記においては、第二吸収体３ｂに対して、太陽光Ｃ２を変換した熱Ｈ１を供給するものとしたが、本発明において、第二吸収体３ｂに対する熱の供給方法は限定されない。例えばヒータやボイラーなどを用いて、第二吸収体３ｂを加熱しても構わない。
【符号の説明】
【0188】
１ ： 回収システム
１ａ ： 回収方法
２ ： 反応槽
３ ： 吸収体
３ａ ： 第一吸収体
３ｂ ： 第二吸収体
４ ： 熱源
４ａ ： 加熱槽
５，５ａ，５ｂ ： 導入口
６，６ａ ： 排出口
８ ： 制御部
９ ： 温度計
１０ ： 基材
１１ ： 細孔
１２ ： 二酸化炭素吸収液
１５ ： 集熱部材
１９ ： 伝熱部材
２０ ： 透光部
２１ ： 透明部材
２２ ： 低圧空間
２５ ： 通流部
３０ ： ハロゲンランプ
３１，３２，３３，３４，４０ ： 流路
３５ ： 植物工場
３５ａ ： 生育空間
３６ ： 熱交換機
４１ ： 架台
Ａ１ ： 伝熱媒体
Ｂ１ ： 脱離促進ガス
Ｃ１ ： 太陽
Ｃ２ ： 太陽光
Ｇ１ ： 処理対象ガス
Ｇ２ ： 回収ガス
１ａ ： 回収方法
２ ： 反応槽
３ ： 吸収体
３ａ ： 第一吸収体
３ｂ ： 第二吸収体
４ ： 熱源
４ａ ： 加熱槽
５，５ａ，５ｂ ： 導入口
６，６ａ ： 排出口
８ ： 制御部
９ ： 温度計
１０ ： 基材
１１ ： 細孔
１２ ： 二酸化炭素吸収液
１５ ： 集熱部材
１９ ： 伝熱部材
２０ ： 透光部
２１ ： 透明部材
２２ ： 低圧空間
２５ ： 通流部
３０ ： ハロゲンランプ
３１，３２，３３，３４，４０ ： 流路
３５ ： 植物工場
３５ａ ： 生育空間
３６ ： 熱交換機
４１ ： 架台
Ａ１ ： 伝熱媒体
Ｂ１ ： 脱離促進ガス
Ｃ１ ： 太陽
Ｃ２ ： 太陽光
Ｇ１ ： 処理対象ガス
Ｇ２ ： 回収ガス
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】