太陽光と水から燃料を合成できる「人工葉」が登場

by ju Irun

太陽光と水から燃料に使用可能なガスを合成できる「人工葉」を開発したと、ケンブリッジ大学の研究チームが発表しました。学術誌Nature Materialsに掲載された論文によると、今回開発された人工葉は比較的安価なコバルトを使用しているため低コストで生産が可能で、雨や曇の日など太陽光が弱い時でも安定して燃料を生産することができるとのことです。

‘Artificial leaf’ successfully produces clean gas | University of Cambridge
https://www.cam.ac.uk/research/news/artificial-leaf-successfully-produces-clean-gas

Bias-free solar syngas production by integrating a molecular cobalt catalyst with perovskite–BiVO 4 tandems | Nature Materials
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0501-6

Scientists Create an Artificial Leaf That Creates Clean Gas
https://interestingengineering.com/scientists-create-an-artificial-leaf-that-creates-clean-gas-could-replace-petrol

燃料を生み出せる人工葉の開発に成功したのは、ケンブリッジ大学で化学を研究しているバージル・アンドレイ氏らの研究グループです。ガス燃料について研究していたアンドレイ氏らは、植物が太陽光を利用した光合成により、水や二酸化炭素からエネルギーを生産するという仕組みに着目。天然にも存在する鉱物であるコバルトを使用した触媒と、ペロブスカイトとバナジン酸ビスマスから作った2種類の吸光剤を組み合わせて、光と水と二酸化炭素からガス燃料を生産する人工葉を開発することに成功しました。

研究グループが開発した人工葉を、炭酸ガスが溶けた水に浸してから光を当てると片方の吸光剤と触媒から酸素が発生。同時にもう片方の吸光剤が二酸化炭素と水を一酸化炭素と水素に変換します。これらのガスを混合させることで、シンガスというガス燃料を作ることができます。

シンガスとは一酸化炭素と水素の混合ガスのことで、主に工業分野で肥料や医薬品などの製造に使われていますが、1970年代ごろまでは都市ガスとしても使われていたこともあり、燃料としての用途も期待できます。

7年以上シンガスの研究に携わってきたアンドレイ氏は、「現状ではシンガスは二酸化炭素を発生させる工業プロセスにより生産されていますが、人工葉を使用すればカーボンニュートラルにシンガスを生産することができます」と述べて、二酸化炭素を排出することなく、太陽光だけでシンガスを合成可能な人工葉の強みを強調しました。

これまでも、水から燃料を合成できる人工葉が登場していましたが、単体では燃料を合成できず、バクテリアの力を借りる必要がありました。

人工葉とバクテリアを用いて太陽光エネルギーから液体燃料を生成する技術が登場 - GIGAZINE

by Nick Fedele

また、従来の人工葉は触媒として銀や白金を使用しているものが多く、コストがかさむことが問題となっていました。しかし、アンドレイ氏らが開発した人工葉は、比較的安価なコバルトを触媒にしているため、その分コストを抑えることができます。しかも、コバルトは従来の触媒に比べて燃料を合成する能力が高いため、わずかなエネルギーでも燃料の合成を行うことが可能で、時間帯や気象条件を問わず、いつでもどんな地域でも燃料を生産可能だとのことです。

アンドレイ氏は「風力や太陽光などの再生可能エネルギーは、2019年現在のところ世界の総エネルギー需要の約25％しか満たすことができません」と指摘。今後の地球温暖化対策には、化石燃料の代わりに発電や運送に使うことができるエネルギー源が鍵になるとの見方を示しました。

研究グループは今後、ガソリンの代わりに使用可能な液体のシンガス燃料や、エンタノールを生産可能な人工葉の開発を目標に、さらなる研究を進めていく予定だとのことです。