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パナソニック、太陽光のみでCO2を資源化する人工光合成システムを開発

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パナソニック、太陽光のみでCO2を資源化する人工光合成システムを開発

パナソニックは、世界最高の太陽エネルギー変換効率で、太陽光のみでCO2と水から有機物を生成する、人工光合成システムを開発したと発表した。本システムは太陽光を照射する光電極に窒化物半導体を使用し、有機物を生成する電極に金属触媒を使用することで、バイオマスで使用される植物と同等の効率0.2%(主生成物:ギ酸)を実現した。

本システムにより、植物に代わって、これまで不要なものとして排出されていたCO2を原料として、有用な有機物(化学原料、燃料など)を生成することが可能となった。その特長として、1.バイオマスで使用される植物と同等(0.2%)の効率を実現、かつ、生成される有機物の量は太陽光量に比例して増加、2.金属触媒や反応環境を最適化することにより、生成される有機物の種類を選択可能、3.光合成システムを無機材料のみで構成することに成功し、単純な構造を実現、の3つがあげられている。

具体的な開発の内容としては、LED照明などに使われている窒化物半導体を用いて、太陽光からCO2の反応に必要なエネルギー状態まで高めることができることを初めて見出した。さらに、半導体プロセスを駆使して薄膜を積層した、電荷分離構造を設けることで、高い変換効率を実現した。また、太陽光のエネルギー利用率を高めるためには、照射光量に素早く追随できる、早い反応速度を実現することが必要となるが、窒化物半導体で生成した高エネルギーの電荷の移動を妨げないよう、有機物を生成する電極に金属触媒を用いた。こうした全て無機材料で構成される電極により、二酸化炭素の反応速度を高めるとともに、金属触媒の材料を設計することにより、生成する有機物の種類を変えることも可能とした。

地球温暖化および化石燃料枯渇の問題を同時に解決できる技術として、太陽光のみを使って人工的にCO2を吸収し資源化する、人工光合成の研究に注目が集まっている。これまでは、太陽光からCO2が反応するエネルギーを得るために、異なる材料の光電極を複数組み合わせて使用しなければならず、構造が複雑だった。また、CO2の反応には特殊な錯体(金属と非金属の原子が結合した構造を持つ化合物の総称)が使われているが、一般的に照射光の強度を増やしても反応電流量が追随せず、太陽光の強度を十分に利用できないという課題があった。

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