solubility
水不純物を含む液体CO2の相挙動：CO2ハイドレートの影響
我々のグループの新しい論文が出版されました。 液体 CO2 輸送プロセスにおける CO2 ハイドレート生成の回避条件を検討するために，CO2 ハイドレートまたは液体水と共存する液体 CO2 中への水の溶解度を評価しました．そのために，共存する全相における水および CO2 の化学ポテンシャルを求める理論計算を行いました．液体水と共存する液体 CO2 中の水溶解度は，CO2 の臨界点近傍を除く広い温度・圧力範囲で，温度低下とともに減少します．さらに，ハイドレート形成によりこの溶解度低下は一層促進されます．また，水飽和液体 CO2 の温度または圧力が低下する場合について，CO2 貯留に重要なハイドレート生成ギブズエネルギーを見積もりました．あわせて，これらの過程でハイドレートとして析出する水量も推定し，CO2 輸送におけるフローアシュアランスへの直接的な示唆を得ました．本研究は，大規模カーボンニュートラル実現を目指す低エネルギーかつ安全な CO2 輸送ネットワークの構築に貢献します． H. Tanaka, M. Matsumoto, T. Yagasaki, M. Takeuchi, Y. Mori, and T. Kono, “Phase behaviour of liquid CO2 with an impurity of water: Influence of CO2 hydrate,” Phys. Chem. Chem. Phys., (2026). DOI:10.1039/d6cp01072e 音声解説
水の二酸化炭素への溶解度
我々のグループの新しい論文が出版されました。 この論文では、液体二酸化炭素（CO2）中への水の溶解度を、水または CO2 ハイドレート（包接水和物）が共存する条件下で、理論計算を用いて研究しました。主要な焦点は、低温・高圧条件下でハイドレートが形成されることによる溶解度の低下を定量的に評価し、その温度および圧力依存性を明らかにすることにあります。この研究は、二酸化炭素回収・貯留（CCS）におけるパイプライン閉塞や腐食といった CO2 大量輸送に伴う実用的な課題に関連する熱力学的特性に貴重な情報を提供します。研究チームは、化学ポテンシャルの計算を通じて、特定の水ポテンシャルモデルの自己分極エネルギーに対する補正を導入することで、実験的に観察される溶解度曲線を高い精度で再現しています。 Tanaka, H. et al. The solubilities of water in liquid CO2 coexisting with water or hydrate. J. Chem. Phys. 163, 124504 (2025) DOI:10.1063/5.0294608
溶解度を再現するイオンモデル
古典的な非極性イオンポテンシャルモデルの多くは、NaClとKClの水への溶解度を大きく過小評価している。本研究では、SPC/E, TIP3P, TIP4P/2005の3つの水ポテンシャルモデルについて、希薄水溶液中の溶解度と水和自由エネルギーを再現するNa+, K+, Cl-のLennard-Jonesパラメータを決定した。また、溶液中のイオン-酸素距離、塩中のカチオン-アニオン距離もパラメータ化しています。目的とする物性に加えて、水和エンタルピー、水和エントロピー、自己拡散係数、配位数、格子エネルギー、溶液のエンタルピー、密度、粘度、接触イオン対の数を計算し、頻繁に使用されている、あるいは最近開発された17種類のイオンポテンシャルモデルと比較した。各イオンモデルの総合的な性能は、もともと水ポテンシャルモデルの比較のために開発されたスキームを用いて、グローバルスコアで表されます。グローバルスコアは、溶解度の予測が非常に優れているだけでなく、他の多くの特性について実験値からの偏差が比較的小さいため、我々のモデルが他の17のモデルよりも優れています。 (DeepLによる機械翻訳) T Yagasaki, M Matsumoto, H Tanaka, Lennard-Jones Parameters Determined to Reproduce the Solubility of NaCl and KCl in SPC/E, TIP3P, and TIP4P/2005 Water, Journal of Chemical Theory and Computation 16 (4), 2460-2473 https://doi.org/10.1021/acs.jctc.9b00941