東レ、CO₂とメタン分離用のオールカーボン膜でCO₂と水分の同時除去に成功

近年、世界的なエネルギー不足や脱炭素化の流れを背景に、より高効率なCO₂分離技術が求められている。東レはこれまで、高い化学的な耐久性と優れた分離性能を持つオールカーボン製のCO₂／メタン分離膜開発を推進し、天然ガスやバイオガスの精製、工場排ガスからのCO₂分離などへの適用を目指してきた。

この中で、廃棄物などの発酵により生成するバイオガスから不純物を分離してバイオメタンを得るバイオガス精製では、主な不純物であるCO₂以外にも、水分などの除去が不可欠である。しかし、既存の膜分離プロセスで使用される高分子膜やゼオライト膜は、耐久性の問題から吸着剤などで事前に水分を除去する工程が必要であり、メタン精製設備の大型化とコストの増大が課題とされていた。

東レは、今回、大阪府内の下水処理場に設置されたバイオガス製造設備において、オールカーボン製のCO₂分離膜でCO₂と水分を同時に除去できることを実証した。これにより顧客からの要望である、水分を除去する工程を簡素化したコンパクトなバイオガス精製プラントが実現できるとともに、既存の膜分離膜技術を使用した場合と比べて、水分除去コストが約70%削減できることが確認された。現在、顧客と連携して、1年間の長期実証が進められている。

本成果は、2026年1月28日（水）～30日（金）に東京ビッグサイトで開催される「nano tech 2026」にて展示される予定である。

また、本技術はバイオガス以外にも天然ガス精製の効率化や、工場排ガスなどからのCO₂分離・回収及びCCUS※4への展開も期待される。

【注釈】

1. オールカーボン製の二酸化炭素(CO₂)／メタン分離膜：
   中空糸状の多孔質炭素繊維の支持体表面に、薄い炭素膜の分離機能層を形成した二層構造により、高い分離性能を持つCO₂分離膜。支持体を極限まで細径化することで膜モジュールの軽量化・コンパクト化が可能となる。
2. バイオガス：
   酸素のない環境で有機物を発酵させると発生する、CO₂とメタンを含む混合ガス。CO₂などの不純物を分離するバイオガス精製により、燃料のバイオメタンとなる。
3. 水分除去コストを約70%削減：
   東レ計算値。大阪府内の下水処理場内バイオガス製造設備において、水分除去設備の負荷運転に必要な製造コストを既存高分子膜を使用した場合と比較した。
4. CCUS（Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage）：
   CCUSは、二酸化炭素（CO₂）の回収・有効利用・貯留を組み合わせた技術群であり、カーボンニュートラル社会の実現に不可欠な手段とされている。従来の排出削減策（再生可能エネルギー導入や水素利用）だけでは、2050年までに温室効果ガス排出量を実質ゼロにすることは困難であるため、排出源からのCO₂回収が重要視されている。