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。
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。
국가 프로젝트로서 신 에너지·산업기술 종합 개발 기구(NEDO)가 전개하고 있는 인공 광합성의 연구 사업이 2021년도, 사업 기간 10년의 최종 연도에 돌입한다.일본이 자랑으로 여기는 재료 기술을 구사하고 과제를 넘어 목표 도달이 보여 왔다.순조롭게 가면 태양광 에너지를 사용해 물과 이산화탄소(CO2)로부터 플라스틱 원료를 만드는“궁극의 에코 플랜트”가 실용화에 가까워진다.
개발 테마의 한 살이 광촉매였다.광촉매는 빛을 흡수해 발생한 산화력으로 더러움이나 세균을 분해한다.인공 광합성에서는 수중에 들어갈 수 있던 광촉매로 물을 수소와 산소 로 분해한다.개발 개시부터 수년의 광촉매는, 따른 태양광 에너지 중 수분해에 사용된 비율을 나타내는 변환 효율이 1%였다.식물의 광합성을 웃돌지만 실용화에는 거리가 멀다.NEDO 등은 10%에 목표를 정해 광촉매의 재료 탐색을 계속해 왔다.
최종 연도를 눈 앞에 NEDO 재료·나노테크놀로지부의 우치야마 히로유키 심사는 「10%가 보였다」라고 반응을 말한다.수소와 산소를 따로 따로 발생시키는 2 단계 구조라면 19년에는 7%를 쫓아버렸다.세계 최고 수준이다.
1 단계에서 수소와 산소의 양쪽 모두를 발생할 수 있는 광촉매의 연구 성과도 나와 있다.보라색 외광에 한정하면 100%의 료코수율(광자의 이용)이 되는 광촉매의 설계를 찾아내고 있어 응용하기 나름으로 변환 효율 업을 기대할 수 있다.또, 가시광선으로 물을 분해하는 산황화물광촉매의 개발에도 세계에서 처음으로 성공했다.재료·나노테크놀로지부의 도이 타카시 심사는 「입상이므로 발라 광촉매 시트를 제작할 수 있다」라고 좋은, 제조 코스트의 저감으로 연결된다.
벌써 옥외에서의 실증 시험도 시작하고 있다.광촉매와 물이 들어간 용기를 태양광 패널과 같이 늘어놓은 장치를 시작해, 내구성이나 한난차이에 의한 영향, 안전성등을 검증중이다.
그 밖에도 수중으로부터 솟구치는 기포로부터 수소를 회수하는 분리막, 수소와 CO2로부터 에틸렌, 프로필렌, 브텐을 선택적으로 만들 수 있는 올레핀 합성법에도 목표가 섰다.
22년도 이후의 인공 광합성 프로젝트의 계획은 확정하고 있지 않지만, NEDO에서는 30년즈음에는 대규모 실증기가 가동해, 40년즈음의 상용화를 상정하고 있다.개발에 착수한 12년 당시와 상황이 바뀌어, 정부 전체로 탈탄소 기술개발의 기운이 높아지고 있다.인공 광합성 프로젝트도 실용화에의 기대가 부풀어 오른다.