100m2規模の光触媒パネル反応器の外観
100m2規模の光触媒パネル反応器の外観 / Credit:NEDO,世界初、人工光合成により100m2規模でソーラー水素を製造する実証試験に成功(2021)
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世界初、日本が「人工光合成によるクリーンな水素」の製造実験に成功

2021.08.27 Friday

世界初、人工光合成により100m2規模でソーラー水素を製造する実証試験に成功 https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101473.html 太陽エネルギーと水からの水素製造(J-STAGE,学術の動向 2016) https://www.jstage.jst.go.jp/article/tits/21/7/21_7_70/_pdf/-char/ja
Photocatalytic solar hydrogen production from water on a 100 m2-scale https://www.nature.com/articles/s41586-021-03907-3

CO2を排出しない次世代エネルギーとして、燃料電池などに利用される水素が注目されています。

しかし現状の大規模な水素製造法はCO2を排出するため、温室効果ガスの削減においてはあまり意味がありません。

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は、太陽光エネルギーを利用した光触媒によって水を分解することで、クリーンな方法で水素を生成・回収する実証実験に世界で初めて成功したと報告しています。

このシステムは効率は悪いものの、太陽電池による電気分解よりも設計がはるかに単純で安価なため、広く社会に実装することに適しているとのこと。

この研究には、東京大学、富士フイルム(株)、TOTO(株)、三菱ケミカル(株)、信州大学、明治大学が参加しており、詳細は科学雑誌『nature』に8月25日付で掲載されています。

クリーンな水素の生成

水素の製造方法
水素の製造方法 / Credit:NEDO

燃料電池は水素と酸素を消費して電気を生み出し、排出されるのは水という夢のようなクリーンな電源です。

しかし、その利用には1つ問題があります。それが水素の確保です。

水素は宇宙でもっともありふれた元素ですが、純粋な水素というのは実は地球上にあまりありません

私たちが水素を利用しようと考えた場合、何らかの化合物から水素を分離する必要があります。

現在もっとも広く利用されている水素製造方法は、天然ガスに含まれるメタン(CH4)から水素と二酸化炭素に分離するというものです。

現在の水素製造工場は化石資源の精製プラントで作られるためまったくクリーンではない
現在の水素製造工場は化石資源の精製プラントで作られるためまったくクリーンではない / Credit:canva

しかし、この反応を起こすためには多量のエネルギーが必要で、さらに副産物として温室効果ガスである二酸化炭素も生成してしまいます

これでは、クリーンな水素の生成方法としては好ましくありません。こうして作られた水素はブルー水素と呼ばれます。

もう1つの水素製造法は、水(H2O)を電気分解して、水素と酸素を作るというものです。

こっちは生成されるものに問題はありませんが、水を分解するエネルギーをどうやって確保するのかがネックになります。

化石燃料を消費して水素を生成するのでは、やはり意味がありませんので、この場合、再生可能エネルギー(風力、太陽光)を利用する方法が研究されています。

再生可能エネルギーを利用した水素向上のコンセプト画像
再生可能エネルギーを利用した水素向上のコンセプト画像 / Credit:depositphotos

こうして作られる水素はグリーン水素と呼ばれます。

太陽光発電を利用した電気分解技術は、かなり実用的なレベルに到達しています。

ただ、実際に大規模な実用化は行われていません。

その理由が、この方法は非常にコストがかかるということです。

太陽光発電の電気分解で生成した水素は、非常に高価な水素になってしまうのです。

そこで、将来的に安価で大規模に展開できる太陽光を利用した水素精製方法として注目されているのが、今回の技術「人工光合成です。

これは電気分解ではなく、光触媒(太陽光で化学反応を起こす物質)を通じて直接水を水素と酸素に分解してしまうという方法です。

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