光合成という言葉は聞いたことがあると思います。植物が行う変換動作のことであり、二酸化炭素を酸素に変えるという意味で広く知られていますよね。

しかし、最新の技術でその光合成を「人工的」に行う、「人工光合成」という技術が進んでいるんです。

そこで今回は、人工光合成に焦点を当て、原理や何に使われているか、今後どういった期待や課題があるかについて解説させていただきます。

燃料問題の解決の鍵になるかもしれない「人工光合成」、世間で話題になる一足前に学んでいきましょう。

人工光合成とは、太陽エネルギーを化学エネルギーに変換する技術のこと

人工光合成とは、簡単に言うと人工的に光合成をする技術のこと。もう少し詳しく説明すると、「太陽エネルギーを化学エネルギーに変換し溜める」技術です。

ご存知の方も多いと思いますが、光合成は、植物が太陽の光を浴びて水と二酸化炭素をデンプンと酸素に変換する働きのことです。

人工光合成は、水と二酸化炭素を「ギ酸」と「酸素」に分けることに成功しています。また、水を「水素」と「酸素」に分けることも可能です。

人工光合成で今後期待されているのは、メタノールを作成できないか、という部分です。メタノールを人工光合成で作り出すことができれば、燃料問題は一気に解決する可能性が高いです。

人工光合成の仕組み

人工光合成は、光触媒を使用して行います。触媒とは、特定の化学反応を促進させるための物質であり、光触媒は光エネルギーを利用します。

簡単に言うと、この触媒が自然界で言う「植物」の代わりになるわけです。「水」、「二酸化炭素」、「太陽光」の3つの素材を光触媒にあて、ギ酸と酸素を作り出します。

では、人工光合成にはどのようなメリットがあるのでしょうか？

人工光合成のメリット：代替エネルギーになる可能性が高い

人工光合成を行う最大のメリットは、エネルギー問題解決の鍵になる可能性が高い点です。

脱炭素技術の一つとして期待が高く保たれています。地球温暖化が話題になり早十数年。代替可能なエネルギーが探されてきましたが、「人工光合成」は一つのゴールになるのではないかと期待されています。

また、人工光合成により生成された「ギ酸」を使用した「ギ酸燃料電池」の開発も行われています。トヨタグループの一つである、株式会社ジェイテクトが、「50W」ほどの「直接ギ酸形燃料電池」の実証機を発表しました。

50Wあれば、「扇風機」「液晶テレビ」「ノートパソコンの充電」などができます。

人工光合成の課題は、大きく2つある

人工光合成の課題は大きく2つあります。

• エネルギー変換効率の課題
• 有機化合物を作り出すこと

エネルギー変換効率の課題

エネルギー変換効率とは、その変換方法によって得られたエネルギーが、どこまで実用的か（人間が使えるエネルギーになっているか）を表す指標です。

太陽光変換効率は、以下の通りです。

変換方法	太陽光変換効率
植物（サトウキビ）	約2.2%
人工光合成（トヨタ）	約4.6%
太陽光発電	約15%

現在では多くの会社が人工光合成に注目しており、「トヨタ」が導入していることも大きな話題となりました。

有機化合物を作り出すことも課題

また、「燃料」や「石炭」などの有機化合物を人工的に作り出すことも今後の課題だと言われています。特に、「水素」、「一酸化炭素」を作り出すことができれば様々なエネルギーに転用することが可能です。

水素と一酸化炭素、それぞれどれほどの段階にあるかを見ていきましょう。

水素

電気分解によって分解させることは簡単ですが、それでは「電気エネルギー」を消費してしまいます。この分解を「人工光合成」のみでできれば、「太陽エネルギー」という消費しないエネルギーを利用することができるんです。

光触媒さえ見つかれば「太陽光」「水」「光触媒の粉」の三つの要素だけで水素を作り出すことができます。

一酸化炭素

「二酸化炭素」から、「一酸化炭素」を作り出す研究もされています。

二酸化炭素は安全であるものの、安定しているため変換させるには非常に大きなエネルギーが必要になります。まだ実用レベルでは無いものの、二酸化炭素から一酸化炭素を作り出す方法は確立されており、今後「人工石油」を作ることができないかが考えられています。

コラム：太陽光発電じゃダメなの？

太陽光発電でもエネルギーとして「電気」を作り出すことができますが、電気を溜めるためには「蓄電池」が必要であり、保存という視点では扱いにくいエネルギーになります。

人工光合成ではギ酸という化学物質を作り出すことができるため、比較的容易に保存と扱いを行うことができます。

まとめ

今回は「人工光合成」についてお話ししてきました。今回の記事のポイントは以下の通りです。

• 人工光合成とは、太陽エネルギーを使い、化学エネルギーを取り出す技術のこと
• 人工光合成は「光触媒」を使用し、水、二酸化炭素、太陽光で「ギ酸」と「酸素」を取り出す
• 水を「水素」と「酸素」に分けることもできる
• 人工光合成はエネルギー問題解決の鍵になる可能性が高い
• 人工光合成の課題は「エネルギー変換効率」と「有機化合物を作れるか」の2点

「人工光合成」の研究でお困りのことなどございましたら、私たち菅製作所がお役に立てることがあるかもしれません。お気軽にご相談ください。

---

参考サイト

人工光合成　太陽光でつくる夢のエネルギー|ガリレオX 第19回
人工光合成　水素・再生可能エネルギーを作る – Tokyo Tech Research
夢のクリーンエネルギー「人工光合成」とは：キーワード解説 – スマートジャパン
太陽とCO2で化学品をつくる「人工光合成」、今どこまで進んでる？
人工光合成とは？
50Wの家電を1年間使うと 電気代はいくら？ 家電の電気代を計算してみよう！
人工光合成で植物の太陽光変換効率を超える | プレゼンテーション | 株式会社 豊田中央研究所