“究極エコプラント”実用化なるか、「人工光合成」国家プロジェクトの行方

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光触媒で水から水素を生成(プロトタイプによる水分解パネル実験)

国家プロジェクトとして新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)が展開している人工光合成の研究事業が2021年度、事業期間10年の最終年度に突入する。日本が得意とする材料技術を駆使して課題を乗り越え、目標到達が見えてきた。順調にいけば太陽光エネルギーを使って水と二酸化炭素(CO2)からプラスチック原料をつくる“究極のエコプラント”が実用化に近づく。

人工光合成プロジェクトはNEDOが主導し、三菱ケミカルや国際石油開発帝石などが参画する技術研究組合が東京大学などと開発に取り組む。12年―21年度の研究費は総額145億円を見込む。

植物の光合成は太陽光エネルギーを使って水とCO2から酸素と炭水化物(でんぷんなど)を合成する。NEDOなどが開発する人工光合成は太陽光で水から水素を生成し、CO2を合成させて化学原料となるオレフィンを作る。CO2は火力発電所や工場の排ガスから回収し、温暖化を抑制する。さらにCO2からプラスチックになるオレフィンを生み出すことで、化石資源の使用も抑える。

開発テーマの一つが光触媒だった。光触媒は光を吸収して発生した酸化力で汚れや細菌を分解する。人工光合成では水中に入れた光触媒で水を水素と酸素に分解する。開発開始から数年の光触媒は、注いだ太陽光エネルギーのうち水分解に使われた割合を示す変換効率が1%だった。植物の光合成を上回るが実用化にはほど遠い。NEDOなどは10%に目標を定め、光触媒の材料探索を続けてきた。

最終年度を目前にNEDO材料・ナノテクノロジー部の内山博幸主査は「10%が見えた」と手応えを語る。水素と酸素を別々に発生させる2段階構造だと19年には7%をたたき出した。世界最高水準だ。

1段階で水素と酸素の両方を発生できる光触媒の研究成果も出ている。紫外光に限れば100%の量子収率(光子の利用)となる光触媒の設計を見いだしており、応用次第で変換効率アップが期待できる。また、可視光で水を分解する酸硫化物光触媒の開発にも世界で初めて成功した。材料・ナノテクノロジー部の土井隆志主査は「粒状なので塗って光触媒シートを製作できる」といい、製造コストの低減につながる。

すでに屋外での実証試験も始めている。光触媒と水が入った容器を太陽光パネルのように並べた装置を試作し、耐久性や寒暖差による影響、安全性などを検証中だ。

他にも水中から湧き上がる気泡から水素を回収する分離膜、水素とCO2からエチレン、プロピレン、ブテンを選択的に作れるオレフィン合成法にもめどがついた。

22年度以降の人工光合成プロジェクトの計画は確定していないが、NEDOでは30年ごろには大規模な実証機が稼働し、40年ごろの商用化を想定している。開発に着手した12年当時と状況が変わり、政府全体で脱炭素技術開発の機運が高まっている。人工光合成プロジェクトも実用化への期待が膨らむ。

日刊工業新聞2021年2月5日

COMMENT

松木喬
編集局第二産業部
編集委員

「10年やります」と分かっていると、腰をすえて研究開発ができると思いました。2050年ゼロの政府方針もあり、さらに腰を落ち着かせながら予算もかけてプラントを完成させてほしいです。太陽光エネルギーを使う共通点で言えば、太陽電池は日本メーカーに残念な結果になりました。光触媒は競争優位を保ってほしいです。

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