オフィスビルの空調システムが PM2.5 をろ過しながら 同時に CO₂ も空気から抜く —— 。

SF ではない。2025 年 10 月 Science Advances に掲載された突破的研究の実現事例。

このフィルターはどう機能するか

カーボンナノファイバー（Carbon Nanofiber, CNF）基材の表面に、CO₂ 吸着剤としてポリエチレンイミン（Polyethyleneimine, PEI）ポリマーを塗布。

吸着 → 反応 → 再生

図1：分散型 DAC フィルターの炭素捕捉化学

カーボンナノファイバー + PEI アミン塗膜 → CO₂ 捕捉 → 温和な加熱で再生

1

吸着

建物換気流がフィルターを通過

2

反応

PEI アミン（-NH₂）と CO₂ が反応しアンモニウムカーバメート生成

3

再生

80–100 °C 加熱で高純度 CO₂ を脱着

Reaction
R-NH₂ + CO₂ → R-NH-COO⁻ (カーバメート)
再生条件: 80–100 °C

出典: Science Advances 2025 年 10 月。LCA では純炭素除去効率 92.1 %、1 トン捕捉コスト 209–668 USD。

ステップ 1：吸着 建築換気流がフィルターを自然通過。空気中の CO₂（約 420 ppm）が PEI 塗膜に接触。

ステップ 2：化学反応 PEI のアミン基（-NH₂）が CO₂ と反応し、アンモニウムカーバメートを生成：

R-NH₂ + CO₂ → R-NH-COO⁻

これは化学吸着（物理吸着ではなく）。結合エネルギーはファンデルワールス力の 10 倍以上で、CO₂ はしっかりフィルターに固定される。

ステップ 3：再生 飽和後、80–100 °C に加熱。カーバメートが分解し純粋 CO₂ を放出。放出 CO₂ は：

  • ▸地層へ封存（CCS）
  • ▸合成液体燃料・プラスチック原料
  • ▸食品級 CO₂ 産業への供給

再生後のフィルターは引続き CO₂ を捕捉。サイクル反復。

重要な数字：実際にどれだけ炭素を削減できるか？

図2：DAC フィルター技術の LCA 主要数字

この技術で実際どれだけ炭素を減らせるか？コストは？

92.1 %
純炭素除去効率
1 t 捕捉あたり排出は 0.079 t のみ
$209–668
CO₂ 1 t 捕捉コスト
工業集中型 DAC より高いが独立施設不要
5.96 億 t
全世界潜在年間捕捉量
既存 HVAC への大規模統合時
80–100 °C
再生温度
建物低温廃熱を活用可能

出典: Science Advances 2025 年 10 月。5.96 億 t/年は大規模展開時の上限推定値。

完全なライフサイクル評価（LCA）を実施：

92.1 % 純炭素除去効率

CO₂ 1 トン捕捉あたり、システム全体（製造・輸送・再生エネルギー含む）で 0.079 トン のみ排出。

意味合い： 比較として、樹木 1 本の年間 CO₂ 吸収は約 21 kg —— 乗用車 1 台の年間排出を相殺するには 木 50 本・1 年分 が必要。DAC フィルターは建築 HVAC に統合され、小占有面積で 24 時間連続運転 可能。

1 トン 209–668 USD

工業集中型 DAC より高い（例：スイス Climeworks は 100–300 USD/トン）。

しかし優位性は？ 分散型 DAC は 独立した土地・設備・電源を必要としない。既存建築と既存気流に乗る。コスト低減余地は インフラ共用。

全世界年間潜在 5.96 億トン

大規模展開時の理論上限。比較：全世界年間 CO₂ 排出は約 370 億トン。5.96 億トンは 年間排出の約 1.6 %。

少ないか？ これは 単一技術 の貢献。気候目標達成にはこの 1.6 % を多く積み上げる必要。

従来エアフィルターとの本質的な違い

フィルターの役割が「受動」から「能動」へ

従来： 粒子がろ材に接触 → 捕捉。純粋物理プロセス、フィルター自身は変化しない。

DAC： CO₂ 分子 → PEI と化学反応 → 新化合物生成 → 再生時に放出。フィルターは化学サイクルに能動参加 —— フィルターかつ化学反応器。

フィルターが「消耗品」から「設備」へ

従来： 飽和 → 交換 → 旧品は埋立。

DAC： 飽和 → 加熱再生 → 継続運用。フィルター自体が 5–10 年運転 可能（5–10 か月ではなく）。

これは調達モデルを変える：「年間何枚」の消耗品調達ではなく、「数年に 1 セット」の設備投資。

正直な評価：商業展開までどれくらい？

論文は原理実現と妥当な LCA を示したが、全建築への普及にはまだ距離：

技術面

  • ▸長期安定性（5–10 年サイクル）の検証
  • ▸高湿度・共存汚染物下の効率変化
  • ▸気候帯別の性能差

経済面

  • ▸209–668 USD/トンから更なるコスト低減余地？
  • ▸建物所有者が導入する理由？（炭素価格・規制誘因）
  • ▸再生エネルギーの出所？（化石燃料なら利益相殺）

政策面

  • ▸捕捉 CO₂ の処理は？封存にはインフラ必要
  • ▸炭素クレジット市場は分散型 DAC の貢献を認定できるか？

フィルター業界への意味

第一、「フィルター」の定義が拡大。 従来：フィルター = フィルター。将来：フィルター = 多機能化学反応器。

第二、「グリーン建築」調達にDAC能力が加わりうる。 LEED や WELL 認証の加点項目に「換気システムに DAC フィルター統合」が加わる可能性。

第三、サプライチェーンが変わる。 カーボンナノファイバー・PEI・光触媒・抗菌金属 —— これまでエアろ過と無縁だった材料がサプライチェーンに入る。

この技術の真の意味は「CO₂ を捕捉できるフィルター」ではなく、フィルターという材料が、受動媒体から能動的機能材料へと進化しうること。 数年内に類似思想の技術追随が期待される：ホルムアルデヒド吸着フィルター、ウイルス分解フィルター、オゾン生成フィルター（1 つの媒体で多機能）。

Science Advances のこの論文は、始まりに過ぎないかもしれない。