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» 2021年09月22日 08時00分 公開

CCSから出た駒、東芝の新濃縮技術が4分の1の省エネと濃縮率2.4倍を実現FAニュース(1/2 ページ)

東芝が水溶液に含まれる成分や物質(有価物)を抽出する濃縮技術で大幅な省エネを実現するための新規物質を開発したと発表。正浸透膜法に用いる物質で、濃縮技術として一般的な逆浸透膜法と比べて、塩化ナトリウム水溶液を濃縮する際の消費エネルギーが4分の1で済み、濃縮率も2.4倍に向上できたという。

[朴尚洙,MONOist]

 東芝は2021年9月22日、水溶液に含まれる成分や物質(有価物)を抽出する濃縮技術で大幅な省エネを実現するための新規物質を開発したと発表した。正浸透(FO:Forward Osmosis)膜法に用いる物質で、濃縮技術として一般的な逆浸透(RO:Reverse Osmosis)膜法と比べて、塩化ナトリウム水溶液(塩水)を濃縮する際の消費エネルギーが4分の1で済み、濃縮率も2.4倍に向上できたという。今後は、現在の研究室レベルの実証実験から、連続運転が可能なシステム実証に進み、2024年にはプラントレベルでの実証実験を実現したい考えだ。【訂正あり】

 正浸透膜法は、化学品や医薬品の製造、排水処理、レアメタルの回収などに用いられる濃縮技術として注目を集めている手法だ。従来の濃縮技術である、水溶液を加熱して水分を蒸発させて有価物を抽出する蒸留法や、水溶液を加圧して水分と有価物を分離する逆浸透膜法と比べて、低温・非加圧で濃縮処理が可能なことを特徴としている。

従来の濃縮技術と課題正浸透膜法の概要 従来の濃縮技術と課題(左)。正浸透膜法は低消費エネルギーかつ有価物の劣化がない濃縮技術として注目を集めている(右)(クリックで拡大) 出典:東芝

 正浸透膜法では、濃縮の対象となる被処理液と浸透圧溶液における、浸透圧物質に関する浸透圧の違いを利用する。浸透圧物質の濃度がほぼゼロに近い被処理液から、浸透圧物質が十分に溶け込んだ浸透圧溶液に向けて、正浸透膜を介して溶媒の水が自発的に移動する。一方で、正浸透膜は、被処理液に含まれる濃縮対象の有価物や浸透圧溶液に含まれる浸透圧物質を通さないような構造になっているため、被処理液からは水だけが減少するので濃縮を実現できるというわけだ。

【訂正】本文中で「非処理液」としていた表記を「被処理液」に訂正しました。

正浸透膜法の仕組み 正浸透膜法の仕組み(クリックで拡大) 出典:東芝

 この特徴により、正浸透膜法を用いた濃縮処理で消費するエネルギーは、蒸留法と比べて14分の1、逆浸透膜法と比べて4分の1で済むとされている。

正浸透膜法と蒸留法、逆浸透膜法との消費エネルギーの比較 正浸透膜法と蒸留法、逆浸透膜法との消費エネルギーの比較(クリックで拡大) 出典:東芝

 今回東芝が開発した新たな浸透圧物質は、被処理液から浸透圧溶液に水を移動させる「水吸引」の機能を備えるだけでなく、浸透圧溶液が効率よく水吸引を行うための濃度を保つのに必要な、浸透圧物質と水を「分離」する機能も併せ持っていることが最大の特徴になる。

新開発の浸透圧物質は「水吸引」と「分離」の機能を併せ持つ 新開発の浸透圧物質は「水吸引」と「分離」の機能を併せ持つ(クリックで拡大) 出典:東芝

 正浸透膜法では、被処理液から浸透圧溶液に水を吸引した後、浸透圧溶液から水を分離・回収する分離システムで処理し、浸透圧溶液の濃度を一定以上に高めてから水吸引のプロセスに戻す必要がある。新開発の浸透圧物質は、一般的な有機溶媒と同様に水と混ぜても溶解せず分離する性質を持つが、その混合液にCO2(二酸化炭素)を吸収させると水に溶解するという性質を有している。この特性を利用して、水吸引のプロセスではCO2を吸収させた状態にし、分離のプロセスでは工場などの排熱を利用した低温熱を加えることでCO2を抜気することで、正浸透膜法における効率の良い濃縮処理のサイクルを実現できるという。

CO2の放出と吸収により「分離」と「水吸引」を切り替えられる CO2の放出と吸収により「分離」と「水吸引」を切り替えられる(クリックで拡大) 出典:東芝
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