超臨界CO₂ってどういうもの？
二酸化炭素は常温常圧で気体です。この二酸化炭素を冷却していくと、常圧 では液体を経ずに固体のドライアイスになりますが、加圧下では気体から液 体になります。しかし、臨界圧力7.38MPa、臨界温度31.1℃を超える領域 では、液体と気体の境界がなくなり、「超臨界状態」になります。超臨界二 酸化炭素は、液体のような物質の溶解性と気体のような拡散性を兼ね備えた 特徴を持っています。超臨界二酸化炭素は、誘電率が低く、有機溶媒に似た 性質を持ちますので、抽出や洗浄などの目的に用いられます。また、温度や 圧力を調整することにより、様々な物質の溶解度などの物性を容易に調節で きます。この点が有機溶媒抽出に対するアドバンテージの一つとなります。
超臨界CO₂でできること
超臨界二酸化炭素の最も多い用途は抽出です。例えば、トマトか らリコペン、ヘマトコッカス藻からアスタキサンチン、各種生薬 からの有効成分の抽出などです。同様に、特定成分の除去にも利 用できます。コーヒー豆からカフェインを除去する技術は既に実 用化されています。抽出以外の用途としては、乾燥の必要のない ドライクリーニングが挙げられます。また、半導体の回路パター ンの洗浄にも適し、表面張力による破壊を防げることが利点で す。さらに、繊維への染色や、木材などの多孔質材に、難燃剤な ど機能性成分を浸透させることも可能です。
量産におけるプロセスフロー
受託試験においては、試験条件を毎回変えながら実験を行うため、炭酸ガスは使い捨てで実施する(分離槽から排気する)ことが一般的ですが、量産用のプロセスでは、炭酸ガスをリサイクルして使用します。抽出分離における一般的なフローを図に示します。 CO2は、貯槽から冷却器を経てCO2ポンプによって送り出されます。続いて加熱されて超臨界状態となり、抽出槽に入りますが、この抽出槽の中には抽出処理する原料が入っています。 連続的に超臨界二酸化炭素の流れに晒されることで、徐々に成分が溶けだしてきますが、効率を上げるためにエントレーナーを加えることもあります。続いて分離槽に入って減圧します。 それに伴って溶けだした成分が分離しますので、回収槽に集めてから回収します。CO2は冷却器を通って再び貯槽に戻ります。
超臨界CO₂による抽出プロセス
有機溶媒を用いて成分を抽出する場合、処理後の物質から有機溶媒を完全に除去する、あるいは乾燥プロセスが必要なこと、除去した溶媒の廃液処理が必要なこと、防火対策が不可欠なこと、脱臭対策も必要なこと、温度を上げるためエネルギーが必要で、製品にもダメージがあることなど、数々の問題があります。 超臨界二酸化炭素を用いれば、溶媒としての超臨界二酸化炭素は、減圧により無害な気体として簡単に除去することが可能で、上記の問題が存在しません。 こういったことから、機能性食品、医薬、有害物質除去、各種洗浄、機能性物質の製造など、広い分野への応用がされております。
