二酸化炭素を削減するために、何が出来るのかしら？
二酸化炭素の削減のための方策としては、住宅への太陽光パネルの設置義務付け、光ファイバーを用いた太陽光の室内での有効利用の促進、ガソリン車の販売禁止などの規制強化、住宅の耐熱化、排高能率給湯器の導入促進、排出権取引・環境税・炭素税の導入、産業活動の抑制、炭素を還元剤に使わない水素による直接還元製鉄技術の促進、バイオエタノールの促進、廃食油の燃料利用、地熱発電、風力・潮汐力・原子力発電、火力発電でのコンバインドサイクルやガス化複合発電、メタンガスを利用したバス運行システムなどがあります。
過呼吸 過呼吸は、水泳(特にダイビングなどの息止め競技など)で危険とされ禁じられている、「ハイパーベンチレーション呼吸法(ダイビングなどの息止め競技などで潜水時間を伸ばすことができるために盛んに行われている潜水前に行う呼吸法)」と同様に、血液中の酸素と二酸化炭素のバランスが崩れ、二酸化炭素不足となる状態。呼気からの二酸化炭素の排出が必要量を超え動脈血の二酸化炭素濃度が減少して血液がアルカリ性に傾くため、息苦しさを覚える。そのため、無意識に延髄が反射によって呼吸を停止させ、血液中の二酸化炭素を増加させようとする。しかし、大脳皮質は、呼吸ができなくなるのを異常と捉え、さらに呼吸させようとする。また、血管が収縮してしまい、軽度の場合は手足の痺れ、重度の場合は筋肉が硬直する。それらが悪循環になって発作がひどくなっていく。これを、過呼吸症候群という。これが精神的要因によっておこる場合は過換気症候群となる。
燃料電池 溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)は、水素イオン(H)の代わりに炭酸イオン(CO3)を用い、溶融した炭酸塩(炭酸リチウム、炭酸カリウムなど)を電解質として、セパレーターに含浸させて用いる。そのため、水素に限らず天然ガスや石炭ガスを燃料とすることが可能である。動作温度は600°C-700°C程度。常温では固体の炭酸塩も動作温度近傍では溶融するため、電解質として用いることができる。PAFCに競合する選択肢として、250kW級パッケージが市場に投入されつつある。発電効率は約45%LHV。白金触媒を用いないためPEFCやPAFCと異なり一酸化炭素による被毒の心配がなく、排熱の利用にも有利である。内部改質方式とされるが、プレリフォーミング用の改質器をシステム内に設置するのが一般的のようである。火力発電所の代替などの用途が期待されている。
なお、通常の燃焼反応では、空気中の窒素の存在により排ガス中の二酸化炭素濃度は約20%が上限であり、更に二酸化炭素濃度を高めるには空気の代わりに酸素を用いなければならない。しかし、MCFCは炭酸イオンが電池反応に介在し、空気極側の二酸化炭素と酸素が選択的に燃料極側に移動・蓄積するため燃料極側排ガスの二酸化炭素濃度は80%程度にも達する。この性質を利用し、MCFCで二酸化炭素の回収を行うことが試みられている。日本国内では経産省補助事業として中国電力・中部電力が共同実施している。
固体酸化物形燃料電池(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)は、固体電解質形燃料電池とも呼ばれ、動作温度は700-1,000°Cを必要とするので高耐熱性の材料が必要となる。また、起動・停止時間も長い。電解質として酸化物イオンの透過性が高い安定化ジルコニアやランタン、ガリウムのペロブスカイト酸化物などのイオン伝導性セラミックスを用いており、空気極で生成した酸化物イオン(O)が電解質を透過し、燃料極で水素あるいは一酸化炭素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。そのため、水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども、脱硫処理は必要であるが、簡単な水蒸気改質処理(一酸化炭素の除去が不要で、燃料中に若干の未改質ガスを含む改質)により燃料として用いることが可能である。活性化電圧降下が少ないので発電効率は高く、すでに56.1%LHVを達成して
地球温暖化への対策 ただし、資源の有効利用が優先され、結果的に全体のエネルギー使用量や炭素排出量が増加する場合もあり、ライフサイクルアセスメントを通じて循環利用と温室効果ガスの両面で循環型社会の形成を考えることや、その両立を目指して環境技術の開発を進めることが必要である。最近は土に還るプラスチックの開発がされた。
あらゆる生活部面に持続可能性を求める持続型社会への転換の有効性、および必要性も指摘されている(AR4 WG III)。具体的には、ライフスタイル(生活様式)の改善により温室効果ガスの排出削減を目指すものである。
IPCCの議長でベジタリアンでもあるラジェンドラ・パチャウリは、畜産業界全体から排出される温室効果ガスは世界の5分の1近くを占めるとし、イギリス政府に対して2020年までにイギリス国の食肉消費量を60 %減らすキャンペーンの実施を求めた。個人ができる対策として、肉の消費を減らし自転車を利用し、必要なものだけを買うというライフスタイルの変革を提案している。
二酸化炭素 二酸化炭素は空気など地球の環境中にごくありふれた物質で、その有毒性が問題となることはまずない。しかし、空気中の二酸化炭素濃度が高くなると、ヒト(人間)は危険な状態に置かれる。濃度が 3 - 4 % を超えると頭痛・めまい・吐き気などを催し、7 % を超えると炭酸ガスナルコーシスのため数分で意識を失う。この状態が継続すると麻酔作用による呼吸中枢の抑制のため呼吸が停止し、死に至る(二酸化炭素中毒)。比較的苦痛を感じないまま死に到るとされ、脊椎動物の屠殺や殺処分の法規制においては、二酸化炭素による安楽殺のみが許されることも多い。また、湖水爆発や、締め切った部屋で大量のドライアイスを昇華させる行為、また、二酸化炭素を使用した消火設備の誤作動や誤操作により、人間が二酸化炭素中毒で死傷する事故もある(湖水爆発については「ニオス湖#1986年の災害」が有名)。
ストレスや疲労で、呼吸(換気)をし過ぎたり、呼吸(換気)が速くなり過ぎたりして、人体の血中の二酸化炭素濃度が異常に低くなることがある。これを過呼吸、あるいは過換気症候群(過呼吸症候群)と呼ぶ。過換気症候群の病態自体が命に関わる事は無いが、背景に身体疾患が隠れていることがあるので注意を要する。
二酸化炭素は非常に安定な化合物であるが、塩基性あるいは求核性を持つ物質と反応しやすい性質がある。特にグリニャール試薬やアルキルリチウムなどの試薬に対しては、高い反応性を示してカルボン酸を与える。
コンバインドサイクル発電 燃料のガス化とコンバインドサイクル発電を組み合わせた発電形式を石炭ガス化複合発電 (IGCC) と呼ぶ。低質な石炭や重質油、廃棄物などは硫黄や塩素、重金属を含むことがあり、そのまま燃焼させて発電を行うとその環境負荷物質が大気中に排出されて問題となる。ガス化複合発電では、燃料をガス化したときにそれらの不純物を除去することができ、そうして生成したクリーンなガスを用いて発電を行うことで、環境負荷物質の少ない発電を行うことができる。また、従来の方式に比べて二酸化炭素排出量を削減することができ、石炭を燃料とした発電で石油発電並の二酸化炭素排出量を達成することができる。空気吹きと酸素吹きの2種類のガス化方式があり、2022年時点で空気吹きの勿来と広野の2基の発電所が商用運転中である。酸素吹きのIGCCは大崎発電所で試験実証中である。
化学量論 倍数比例の法則を説明するモデルとして、原子のある状態をあらわす数(状態数)が存在し、その数の範囲で反応における原子の組み換え(すなわち化学反応)が発生すると考えることが出来る。それら状態数が原子価であったり酸化数であったりする。実際のところ、それらの状態数の実体については「分子軌道(あるいは原子軌道)と電子の組み換えである」という今日的な量子化学の説明が必要となるが、これらの状態数とその規則だけでも化学量論的な説明は可能である。
先ほどの例では酸素は2価の原子価を持ち、炭素は2ないし4価の原子価を持つと考え、酸素の価数に対して炭素の価数を割り当て過不足が無いように補完させると、二酸化炭素が生成する場合には炭素は原子価として4価をとり、一酸化炭素の場合は2価の状態をとっていると考えられる。これを拡張して鉄は2ないしは3価の状態を原子価としてとると考えれば、2つの鉄の酸化物を表すことができる。
2 Fe + O 2 → 2 FeO {\displaystyle 2{\mbox{Fe}}+{\mbox{O}}_{2}\rightarrow 2{\mbox{FeO}}}
亜南極 亜南極モード水と南極中層水は、共に二酸化炭素を貯留、つまり大気中の二酸化炭素を吸収し、溶液としてためる。ところで、水への気体の溶存量は、一般に水温が低い方が溶存量が増える(水温が上がれば溶存量は減る)傾向にあり、二酸化炭素の場合も例外ではない。したがって、もしも亜南極モード水の水温が気候変動によって上がったら、亜南極モード水がためられる二酸化炭素の量は減る。コンピューターの気候モデルを使った研究によると、もし大気中の二酸化炭素濃度が2100年までに860ppm(現在のおよそ2倍)になったら、亜南極モード水の塩分濃度と密度が下がる。亜南極モード水と南極中層水の水塊の沈み込み能力と輸送能力が減ることにより、南極海における二酸化炭素の吸収量と貯留量を減らすことが潜在的にあり得る。
直接空気回収技術 DACの支持者は、DACが気候変動緩和の不可欠な要素であると主張している。 研究者たちは、DACがパリ協定の目標に貢献するのに役立つ可能性があると考えている。しかし、他方で、この技術に依存することは危険であり、後で問題を解決することが可能であるという考えの下で排出削減を延期するかもしれないと主張し 、DACに頼らず排出削減するべきと主張している。
アミンベースの吸収に依存するDACは、大量の水を必要とする。年間3.3ギガトンのCO2を回収するには、300 kmの水、つまり灌漑に使用される水の4%が必要になると推定される。一方、水酸化ナトリウムを使用すると、必要な水ははるかに少なくて済む。
DACはまた、 大気中のCO2 の濃度が低いため、煙道ガスなどの点源からの回収と比較して、はるかに多くのエネルギーを必要とする。 周囲の空気からCO2を抽出するために必要な理論上の最小エネルギーは、 約250kWh/t-CO2である 。回収にかかるエネルギー需要を賄うために、小型原子力発電所の使用を提案する動きもある。