人工光合成とは

光合成とは、植物が太陽光を利用して、二酸化炭素と水から酸素とでんぷんやブドウ糖を作り出す働きです。光合成は、地球上の生命活動に必要なエネルギー源を提供する重要なエネルギー変換プロセスです。大気中の二酸化炭素が吸収され、酸素が放出されるため、地球上の大気中の酸素濃度が維持されます。大気中の二酸化炭素や酸素が循環し、地球上の生命が維持されています。

近年注目を集めている人工光合成は、植物の光合成のように太陽光を利用して、化学エネルギーを生産する技術です。
カーボンニュートラルの要請を背景として、二酸化炭素排出量の削減はさまざまな分野で取り組みが進んでいます。そのアプローチのひとつとして単に二酸化炭素の排出量を減らすだけでなく、排出された二酸化炭素を回収して環境負荷を減らすとともに、これを積極的に資源として活用しようという取り組みがあります。これを「カーボンリサイクル」や「CCUS」と呼びます。人工光合成の取り組みもそのひとつです。

※出典：経済産業省　資源エネルギー庁
https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/jinkoukougousei.html

人工光合成が注目を集める理由

人工光合成のプロセスは光と二酸化炭素と水を反応させ、炭化水素や酸素などの有用な物質を作り出すことが目的です。例えば上の図で生成されるオレフィンは、プラスチックをはじめさまざまな化学製品の原料となるもので、CO2の回収だけでなく貴重な石油資源の節約にもつながります。
またプロセスの途中で水素が生成されることも注目を集めるポイントです。
上の図の人工光合成のプロセスでは、水を光分解して水素と酸素を生成します。光触媒によって水の分解反応を促進し、太陽光のエネルギーを利用して水素を生産するものです。

太陽光などの再生可能エネルギーを使って生成された水素のことを「クリーン水素」と呼びます。カーボンニュートラルが要請されるなか、水素社会を目指す動きも活発であることから、クリーン水素はまさに社会が求めている資源であると言えます。

産官学連携で実用化を加速

人工光合成のプロセスでは、太陽光に反応して水を酸素と水素に分解する「光触媒」と呼ばれる物質と、そこから水素だけを取り出す「分離膜」、水素とCO2の反応を促してオレフィンなどを生成する「合成触媒」の技術が重要になります。
光触媒は、光を当てることで化学反応を促進する触媒の一種で、光をあてると、電気なしで水を水素と酸素に分解できます。
分離膜は、水素や酸素を生成する際に、両者を分離するために使用されます。光触媒によって水を分解し、生成された水素と酸素を分離膜で分離することで、それぞれを取り出すことが可能です。
合成触媒は、生成された水素と二酸化炭素を反応させ、オレフィンなどの化合物に変換するために使用されます。この反応によって、CO2は化合物へと変換されCO2の量を減らすことができます。

※出典：経済産業省　資源エネルギー庁
https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/jinkoukougousei.html

現在、実用化に向けての研究は産官学連携で積極的に行われおり、大企業が参入する動きも活発です。

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