CO2排出量を正確にモニタリング、東芝がMEMSベースCO2センサーを開発：CEATEC 2023

東芝は、「CEATEC 2023」において、工場などでカーボンニュートラルに向けた対策を進める際にCO2の排出量や削減量を正確にモニタリングできるMEMS（微小電子機械システム）ベースのCO2センサーを披露した。

[朴尚洙，MONOist]

MEMSベースCO2センサーの説明パネル［クリックで拡大］ 出所：東芝

　東芝は、「CEATEC 2023」（2023年10月17〜20日、幕張メッセ）において、工場などでカーボンニュートラルに向けた対策を進める際にCO₂の排出量や削減量を正確にモニタリングできるMEMS（微小電子機械システム）ベースのCO₂センサーを披露した。2026年をめどに開発を進めている。

　展示したMEMSベースのCO₂センサーの基本構造は、基板上にあるマイクロヒーターから数μmの距離（エアギャップ）を空けて温度センサーを組み込んだメンブレン（隔膜）を設置した熱伝導型ガスセンサーとなっている。熱伝導型ガスセンサーでは、基準ガスとなる窒素（N₂）とCO₂など測定対象となるガスの比熱の違いを基に、温度上昇の値を温度センサーで検出することで、測定対象のガス濃度を測定する。

　ただし、1個のセンサーだけだと事前に分かっている2種類までの混合ガスの濃度しか測定できない。そこで、感度が異なる複数の熱伝導型センサーをMEMS構造で作り込むことにより、さまざまなガスの濃度を測定できるようにしたのが、今回披露したMEMSベースCO₂センサーとなる。

顕微鏡で拡大したMEMSベースCO2センサーチップの内部構造［クリックで拡大］

　名称としてCO₂センサーとしているものの、水素（H₂）をはじめCO₂以外のガスの濃度も測定できる。MEMSベースのデバイスであるため、パッケージ化した後の外形寸法も1cm角以下と小さい。ガスの比熱が測定原理となっているためCO₂濃度を0〜100％の範囲で計測できるとともに、センシングの応答性が高いことも特徴となっている。

　東芝の説明員は「コロナ禍で店舗などに導入された、赤外線センサーを用いたNDIR（非分散型赤外線）方式のCO₂センサーは、数％程度までしかCO₂濃度を計測できないのに対し、開発中のMEMSベースCO₂センサーは0〜100％まで高い応答性でCO₂濃度を計測できる。これによって、工場などで実施しているカーボンニュートラルに向けた対策のCO₂排出量や削減量を定量的にモニタリングできるようになる」と語る。

MEMSベースCO2センサーのデモ。ドーム内にあるミニチュアの工場の煙突部から排出されるCO2によって変化する大気中のCO2濃度と、工場から排出したCO2を分離回収や利活用を行うCCS／CCUの拠点に直接送り込む際のCO2濃度をMEMSベースCO2センサーで計測して、ドームの右側にあるディスプレイ画面に表示している。CCS／CCUの拠点に送り込むCO2の排出量から自動換算したカーボンクレジットも表示されている［クリックで拡大］

　カーボンニュートラル対策におけるCO₂排出量は、直接モニタリングすることが難しいこともあって、GHG（地球温暖化ガス）プロトコルなどで定められた数値から換算するのが一般的であり、その対策の効果を明確にフィードバックできないことが課題だった。開発中のMEMSベースCO₂センサーを用いれば、CO₂排出量の直接モニタリングとフィードバックが可能になり、より効率的な対策への改善にもつなげられる。

　東芝は、MEMSベースCO₂センサー単体やモジュールを事業化するだけでなく、工場／プラント向けIoT（モノのインターネット）クラウドサービス「Meister OperateX」との連携によるCO₂排出量見える化サービスとしての展開も想定している。

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