チャットGPTとの会話記録（１３）「ChatGPTに、水素システム、CO2再吸収、森林問題について尋ねる」

次に（１３）「ChatGPTに、水素システム、CO2再吸収、森林問題について尋ねる」

水素エネルギーサイクルのシステム全体の熱効率は、どの程度ですか？

水素エネルギーサイクルの熱効率は、使用される具体的なプロセスや技術によって異なります。一般的に、水素エネルギーサイクルは、水を電気分解して水素を生成し、その水素を燃料電池で再び水に戻して電力を生成するプロセスから成ります。このサイクル全体の熱効率は、このプロセスで発生するエネルギー損失によって低下します。

一般に、水素エネルギーサイクル全体の熱効率は、現在の技術水準では約40％から60％の範囲になります。ただし、将来的には、より効率的な水分解や燃料電池の開発により、この熱効率は改善される可能性があります。

この効率は、水素を生み出す仕事量ですか？

いいえ、水素エネルギーサイクルの熱効率は、システム全体における入力された熱エネルギーのうち、有用な出力エネルギー（電力）の割合を表します。つまり、水素を生成するために必要な熱エネルギーを含めた総熱エネルギーから、発電機やモーターなどで有用なエネルギーとして出力されたエネルギー量の割合を示すものです。

水素を生み出すために必要な仕事量は、水素の製造方法によって異なります。たとえば、水電解による水素の生成では、電気エネルギーを使用します。一方、天然ガスからの水素の製造では、高温高圧の化学反応を使用して水素を生成するため、化学エネルギーが必要です。したがって、水素を生産するために必要なエネルギー量は、水素の製造方法によって異なります。

１モルの水素を生み出すのに必要なエネルギーはどの程度ですか？

水素の生成には、水素を生成する方法によって異なるエネルギー量が必要です。一般的には、水電解を使用する場合や、天然ガスから水素を生成する場合など、異なるプロセスが使用されます。

ただし、一般的に水電解を使用して水素を生成する場合、１モルの水素を生成するために必要なエネルギー量は、標準条件（温度25℃、圧力1気圧）で約237 kJ/molです。この値は、水の電気分解に必要な最低エネルギーである分解電圧1.23 Vから求められるエネルギー量に相当します。ただし、実際には、電気分解には実効電圧が必要であるため、水素を生成するにはより多くのエネルギーが必要になる場合があります。

加熱・触媒による水素生成は、水素１モルを生成するエネルギーは、どの程度ですか？

加熱・触媒による水素生成には、様々なプロセスがありますが、一般的には天然ガスの蒸気改質がよく知られています。天然ガスの蒸気改質による水素生成では、以下の反応が起こります。

CH4 + H2O → CO + 3H2

この反応において、１モルの水素を生成するためには、標準条件（温度25℃、圧力1気圧）で約206 kJ/molの熱エネルギーが必要です。この反応では、水蒸気とメタンが反応して一酸化炭素と水素が生成されます。生成物の一酸化炭素は、触媒によってさらに水素に変換されます。

ただし、実際には、この反応には触媒が必要であり、また高温・高圧下で行われるため、より多くのエネルギーが必要になる場合があります。したがって、実際には１モルの水素を生成するためには、反応条件や使用される触媒によって異なるエネルギー量が必要になることがあります。

この加熱・触媒による水素生成は、メタネーションの逆過程ですか？

いいえ、加熱・触媒による水素生成は、メタノール改質反応と呼ばれる反応の一種であり、メタンのメタノールへの酸化反応ではありません。メタノール改質反応では、メタノールや天然ガス（主にメタン）を水素と一酸化炭素に変換するために触媒を使用します。

一方、メタネーションは、一酸化炭素や二酸化炭素を使用して、メタンを生成する反応です。メタネーションは、メタンの工業的製造や、天然ガスから水素を生成するために使用されることがあります。メタノール改質反応とメタネーションは、化学的に異なる反応であり、逆の反応ではありません。

三菱重工業のCO2再吸収システムを説明して下さい。

三菱重工業が開発したCO2再吸収システムは、石炭火力発電所や天然ガス火力発電所などの発電プラントから排出される二酸化炭素（CO2）を再利用するための技術です。

このシステムでは、燃料として使用される石炭や天然ガスを燃焼させ、発電プロセスで発生する排ガス中のCO2を再利用するために、以下の手順で処理を行います。

排ガス中のCO2を吸収
排ガス中のCO2を吸収するために、アミン溶液を使用します。アミン溶液は、CO2に親和性があり、排ガス中のCO2を吸収して溶液中に取り込みます。

CO2を分離・回収
吸収されたCO2を分離・回収するために、加熱や減圧などの操作を行います。アミン溶液に吸収されたCO2を分離・回収することで、高純度のCO2を得ることができます。

CO2の利用
回収されたCO2は、化学工業などで利用されるほか、地下に貯留されることもあります。

このように、三菱重工業のCO2再吸収システムは、発電プラントから排出されるCO2を再利用することで、二酸化炭素の排出量を削減することができます。また、アミン溶液を再生することで、再利用が可能な循環型のシステムとなっています。

そのアミン溶液はなんですか？毒性はありますか？

三菱重工業のCO2再吸収システムで使用されるアミン溶液は、一般的にはエチレンアミンやジエタノールアミン（DEA）などが使用されます。

アミン溶液はCO2に対して親和性が高いため、CO2を吸収しやすくするために使用されます。しかしながら、アミン溶液は多少の毒性を持っています。たとえば、アミン溶液を扱う際には、皮膚や目を保護する必要があります。また、アミン溶液が加熱されたり、空気中に放出された場合には、有害なガスが発生する可能性があるため、安全に取り扱う必要があります。

CO2再吸収システムの運転中には、アミン溶液が循環しているため、適切な安全管理が必要です。三菱重工業などのメーカーは、アミン溶液の適切な取り扱い方法についての指導やトレーニングを提供しています。また、アミン溶液の代替品の開発も進められており、今後ますます安全性が高いCO2再吸収システムが開発されることが期待されています。

同システムでは、排出されるはずだったCO2の何%が再吸収されますか？

三菱重工業のCO2再吸収システムは、石炭火力発電所などの排出ガス中に含まれる二酸化炭素（CO2）を再吸収することで、CO2の排出削減を図る技術です。

具体的な再吸収率は、システムの設計や運転条件などによって異なりますが、一般には90％以上の再吸収率が報告されています。つまり、排出されるはずだったCO2の約90％以上を再吸収することができます。

なお、CO2再吸収システムは、完全にCO2を排出しないわけではなく、あくまでも排出量の削減を図る技術です。また、再吸収されたCO2をどのように処理するかについても課題があります。再吸収されたCO2を地中に埋めたり、利用するための技術開発が進められています。

CO2を埋める地中は、何か処理されていますか？

CO2を地中に埋める技術は、「CCS（Carbon Capture and Storage）」と呼ばれ、CO2を捕捉・回収し、適切な地層に埋めることで、大気中のCO2排出量を削減する技術です。CCS技術では、地層にCO2を注入する前に、以下のような処理が必要です。

まず、地層に注入する前に、CO2を液体状態に変換するために圧縮します。その後、地層に注入する前に、CO2が漏れ出さないようにするためのシール材を地層に設置します。また、注入先の地層は、CO2を安全かつ効果的に貯留することができるように選定されます。地層の選定には、地質学的な特性、地形や気象条件、地下水の流れなどが考慮されます。

さらに、CO2を地層に注入した後も、地層内の圧力や温度変化を監視することが必要です。注入後に地層内の圧力が上昇しすぎると、地層が破裂する可能性があるため、適切な圧力管理が必要です。また、地層内の温度変化が引き起こす変位や地震の発生についても、監視が必要です。

CCS技術には、CO2を貯留する地層によって貯留期間が異なるため、長期的な管理が必要となります。そのため、貯留地点の管理や監視の責任者を定め、継続的な監視と適切な管理を行うことが重要です。

再吸収したCO2を炭素に戻す試みはありますか？

はい、再吸収したCO2を炭素に戻す技術について、様々な研究が進められています。

一つのアプローチとしては、「CO2変換」と呼ばれる技術があります。CO2変換は、CO2を化学反応によって有用な物質に変換することで、CO2の排出削減やリサイクルに役立てることを目的としています。CO2変換の例としては、CO2をメタンやメタノールに変換する方法や、CO2を直接太陽光で分解して炭素と酸素に戻す方法などがあります。

また、CO2を炭素に戻す技術として、地球上の植物が光合成によってCO2を炭素に変換する自然のプロセスを利用する方法もあります。例えば、CO2を吸収する樹木や植物を増やすことで、CO2を減らすことができます。また、CO2を地中に埋めることで、自然のプロセスによって数百万年から数千万年のスケールで炭素として貯蔵されることがあります。

これらの技術は、CO2排出量削減や地球温暖化対策の一環として、研究が進められています。しかし、技術的な課題や経済的な面での課題もあり、実用化にはまだ時間がかかると考えられています。

はい、ある程度のCO2削減効果が期待できます。

植物が光合成によって成長する過程では、二酸化炭素を吸収して炭素を取り込み、植物体の主成分であるセルロースなどの炭水化物を合成します。したがって、夏場に成長した草や木を地中に埋めることで、その分の炭素を長期間貯蔵することができます。

ただし、埋めた草や木が分解されると、再び二酸化炭素が放出されることになります。また、地中に埋めること自体には、環境への影響や技術的課題があるため、現実的なCO2削減策としては限界があるかもしれません。

そのため、CO2の削減に取り組む上では、様々な技術を組み合わせて取り組むことが必要です。具体的には、再生可能エネルギーの利用や省エネルギーの推進、CO2を吸収する植物の増加、CO2の地中貯蔵技術、CO2を化学反応によって有用な物質に変換する技術などが挙げられます。

埋めた草や木が分解されると、再び二酸化炭素が放出されることになります。と言いますが、その為に「雑草を永久凍土に埋める」と言いました。その場合はどうですか？

もし雑草を永久凍土に埋める場合、その分解速度は大幅に遅くなり、再び二酸化炭素が放出されるまでには長い時間がかかると考えられます。永久凍土には常温での微生物の活動がほとんど起こらないため、雑草が分解される速度が非常に遅くなるためです。

ただし、雑草を永久凍土に埋めること自体が、地球温暖化問題に取り組むための現実的な解決策かどうかは疑問が残ります。地球規模で十分な量の雑草を埋めるには膨大なコストがかかり、さらに埋めた雑草が将来的に二酸化炭素を放出する可能性があることから、長期的な観点から見ると効果的な手段とはいえません。より実用的な解決策としては、CO2を排出しないエネルギーの利用や、CO2の地中貯蔵技術の開発などが挙げられます。

確かにCO2除去には効率が先ず大事でしょうが、最近の環境活動を見ていると、デモやストをしてCO2排出の責任を大企業にだけ押し付ける傾向が見られます。こうなると「環境運動」は、不遜なクレーマー集団に成り下がります。その為、非効率であろうと先ず一般人がやれる活動も必要と思います。経験上「空理空論を弄ぶ」と現場を理解する能力が薄れ、現実たる状況を誰も見なくなります。環境活動の多くは、そうなりつつあります。

確かに、環境問題に対する取り組みには、個人や小規模な組織による活動も重要です。大企業や政府が取り組むことはもちろん大切ですが、それだけで解決するわけではありません。個人や小規模な組織が、身の回りのことから少しずつ取り組んでいくことが、地球環境を守るためには必要なことでしょう。

具体的な活動としては、例えば自家用車の運転を控える、省エネ家電を使う、食料品をローカルな産地で調達する、リサイクルに積極的に取り組む、などが挙げられます。また、環境問題に関する情報を学び、周囲の人たちにもその大切さを伝えることも大切です。

ただし、環境活動に取り組むうえで、企業や政府が責任を持つべきことも忘れてはいけません。個人や小規模な組織が行う取り組みは大切ですが、それが全てではないため、企業や政府には環境問題に対する責任を果たすことが求められます。

以上が（１３）「ChatGPTに、水素システム、CO2再吸収問題について尋ねる」の一連の質問でした。