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【エネルギー】人工光合成の研究加速 実用化へ日本が先陣 資源・温暖化で脚光

1: エタ沈φ ★ 2013/01/24(木) 19:40:36.50 ID:???
植物の光合成のように、太陽光のエネルギーを使って水と二酸化炭素からアルコールなどの有
機物を工業的に製造する「人工光合成」の研究が日本で急展開している。鍵となる物質の構造
解明や実証実験の成功など世界初の成果が相次ぎ、エネルギー問題や地球温暖化を解決する夢
の技術が実現に近づきつつある。

■原料は無尽蔵

植物は太陽光のエネルギーを利用して光合成を行い、水と二酸化炭素から、でんぷんやブドウ糖
を作り出す。これと同じ原理でエネルギー源や化学原料となる有機物を作るのが人工光合成だ。

地球温暖化は、温室効果をもたらす二酸化炭素が大気中に増えることが原因とされる。二酸化炭
素を消費して資源価値のある物質を作れば、温暖化対策への貢献と同時に、枯渇が懸念される
石燃料の代替も可能になる。

太陽光は地球に降り注ぐ1時間分だけで、人類が必要とする1年分に相当するエネルギー量があ
る。二酸化炭素や水も地球に無尽蔵にある。人工光合成は原料コストがほぼゼロで、地球規模の
問題を一挙に解決できる革新技術として注目されているのだ。

■ノーベル賞が機運

研究の機運を高めたのは2010年にノーベル化学賞を受賞した根岸英一・米パデュー大特別教
授だ。受賞直後、「温暖化やエネルギー問題の解決に大きな可能性を秘めた分野だ」と文部科学
省に研究支援を要請。受賞理由の金属触媒を使って実現を目指し、プロジェクトを立ち上げた。
11年4月、大きな成果を挙げたのが大阪市立大の神谷信夫教授のチームだった。

植物の光合成は(1)太陽光で水を酸素、電子、水素イオンに分解する「明反応」(2)得られ
た電子、水素イオンに由来するエネルギーで二酸化炭素からでんぷんなどを作る「暗反応」-の
2段階で行われる。

明反応の水分解は、マンガンクラスターという物質が触媒の役割を果たしていることが分かっ
いた。だがごく微細なため、その構造は長く不明だった。

そこで神谷教授は大型放射光施設「スプリング8」(兵庫県)でX線を照射し、原子間の距離が分
かるオングストローム(1億分の1センチ)単位の高精度で解析。マンガン4個、カルシウム1個
、酸素9個の原子から成る立体構造を世界で初めて突き止めた。

この成果は、米科学誌サイエンスが同年の10大ニュースに選ぶ画期的な業績となった。マンガン
クラスターは人工的に合成できていないが、「似た構造の物質を作れば人工光合成の触媒になり得
る」(神谷教授)からだ。世界で開発競争が始まった。

>>2に続く

2: エタ沈φ ★ 2013/01/24(木) 19:41:05.63 ID:???
>>1の続き

■「植物に勝つ」

同年9月、トヨタ自動車グループの豊田中央研究所(愛知県)が世界で初めて太陽光と二酸化炭素
、水を使った人工光合成の実証実験に成功し、比較的単純な有機化合物のギ酸を作り出した。

触媒となる酸化チタンの電極で水を分解し、金属錯体と呼ばれる特殊な化合物の電極で有機合成を
行うことで実現した。ただ、太陽光エネルギーの変換効率は0・04%で、植物の光合成(0・2
%)のわずか5分の1だった。

だが昨年7月、電機大手のパナソニックが早くも植物と同じ変換効率を達成した。青色LED(発
光ダイオード)などに使われる窒化ガリウムの電極と、インジウム系金属の電極の組み合わせでギ
酸の高効率生成に成功。四橋聡史・先端技術研究所主幹研究員は「今後は植物に勝ちたい」と話す。

研究が急ピッチで進展していることを受け、経済産業省も昨年11月、10年間で約150億円を
投じるプロジェクトを立ち上げた。16年度末に3%、21年度末に10%の変換効率を目標に掲
げている。

しかし、課題は効率向上だけではない。実用化には燃料電池のエネルギー源となるアルコールや水
素、化学原料となるエチレンやオレフィンなど、需要が大きい物質を自在に作る技術が必要だ。

資源が少ない日本にとって実現すれば意義は大きい。触媒は日本が得意とする分野でもある。四橋
氏は「研究はものすごいスピードで進展している。それぞれの物質に最適な触媒を急いで探したい」
と意欲を燃やしている。

*依頼がありました
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1355754323/117

産経新聞 2013.1.21 10:51
http://sankei.jp.msn.com/science/news/130121/scn13012110530001-n1.htm

25: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 22:05:19.01 ID:IU/m7uYu
>>1
これは楽しみだねーw

4: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 19:46:46.68 ID:WpKe/qs+
二酸化炭素を地中に埋めるなどとバカなことをしなくても済むわけですね。

17: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 21:32:43.54 ID:TptrYnkz
研究を続けることに意味がある。

20: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 21:54:53.06 ID:Ovk4T7sC
光合成を人工でやる意味がわからん。
植物を使えばいいじゃないか。なにか問題あるの?

36: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 01:10:47.81 ID:BF8Yr78a
>>20
植物はエネルギー取り出すのが大変じゃん
バイオエタノールに使うのだって収穫して色々手を加えなきゃだろうし
収穫したらまた次に植えて手入れして育つまで待たなきゃダメだし

21: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 21:56:21.63 ID:lI6xrf1Y
植物を育てるには条件が厳しい土地の有効活用とかにはつかえるんでないかい

27: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 22:30:12.32 ID:7kermdQQ
すげえええええええええええええええええ

29: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 22:40:40.05 ID:Ysaw/4iS
まあどれか一つで資源問題は解決するわけでないし
それぞれがんばって欲しいわな

34: 名無しのひみつ 2013/01/24(木) 23:30:57.92 ID:vz9UgZaX
メタノール合成できれば
二酸化炭素→人工光合成→メタノール→燃焼(エネルギー)→二酸化炭素
の無限ループが来るな。

35: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 00:04:49.68 ID:KutuxFOx
>>34
メタノールは燃料配管(相当頑張っても最低限Oリングシールは必要)溶かすから使い勝手が激しく悪い
せめてエタノール
電気だけならセルロースから木質ガス作ってそれ燃やすで十分だけど

37: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 01:11:37.60 ID:dgEo45ug
光合成をどこまで模するかだけどわざわざ有機物まで作らなくていいんじゃないのかな
普通に2次電池に貯めるだけでいいだろ
CO2の同化やらせようとすると必然的に水を使うし水の蒸散もバカにならなくなる
砂漠じゃ使えないからほとんど意味がない

44: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 08:59:08.55 ID:FzL3ISXt
>>37
インフラ考えたら炭化水素の形でエネルギー貯蔵してもらわないと

45: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 09:23:59.88 ID:domhnrJZ
>>37
光合成も最初は電位差だから、普通の太陽電池を人工光合成と呼べば、それでいいよな

49: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 11:06:46.58 ID:YFKIf6JW
>>45
携帯性やエネルギー密度を考えると、太陽エネルギーを液体燃料の形で保持できるのは大きいと思う。
夜間にも自動車を走らせることができるということで。

ただ、Si系太陽電池で発電して、それで電気化学的に燃料を合成するのと、
ナノ構造でいきなり燃料を合成するのとでどちらが有利かということはあるよね。
現状では、太陽電池のほうが効率やコストで優れていると思う。
直接合成のほうはブレークスルーが必要だね。

51: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 15:56:49.43 ID:domhnrJZ
>>49
>ただ、Si系太陽電池で発電して、それで電気化学的に燃料を合成するのと、
>ナノ構造でいきなり燃料を合成するのとでどちらが有利かということはあるよね。

光合成だって電気エネルギーにしてから合成するんであって、いきなりじゃねーっての

39: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 01:28:42.87 ID:hfjiz6GH
これは国費で早急に開発するべき技術
日本の技術は世界一ぃぃぃぃぃいいいいいい!!!

42: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 06:51:32.62 ID:4o9AmTg5
さっきまでこれの動画見てたわ
すごいと思う

http://www.youtube.com/watch?v=fioqaGmcC68


48: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 09:49:44.88 ID:RFPBOdCC
プラントや維持管理費も含めたトータルコストで
石油を下回らないとならないが、がんばれ

52: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 17:42:29.18 ID:ppnd3jzQ

56: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 18:30:57.53 ID:BF8Yr78a
効率的にやるための固形燃料保存なんだよ
電気エネルギーのままだと保存が効かないから供給が不安定になってメインエネルギーにはなりえない

58: 名無しのひみつ 2013/01/25(金) 19:05:02.64 ID:gauElRzl
今はまだ決定的技術がないから、多角的にやらざるをえないんだろう
アルコールでもいいけど、水素とか、ほかにもある
ロスのない送電、室温超電導、大容量蓄電、スマグリ、節電、いろいろやることはある
エネルギーってことなら、深部の地熱、月の引力、地球の自転、宇宙太陽光は安定的無尽蔵
温度差を利用する発電やつなんかも

ついでだから、この際、常温核融合も追加しとこう

引用元: 【エネルギー】人工光合成の研究加速 実用化へ日本が先陣 資源・温暖化で脚光

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