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。