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人工光合成

夢のクリーンエネルギー「人工光合成」が太陽光電池を超える?水から水素が高効率で生成可能に

 夢のクリーンエネルギー「人工光合成」

 夢のクリーンエネルギー「人工光合成」とは 地球温暖化など環境負荷の大きな二酸化炭素を吸収しつつ、エネルギーを生み出し、さらに有害物質を排出しないというクリーンエネルギーの生成を実現する「人工光合成」。

 “人類の夢”ともされた技術だが、2020~2030年には現実のものとして実現する可能性が見え始めている。

 人工光合成とは、文字通り人工的に植物の光合成と同じ現象を発生させる技術である。光合成は、植物の生命活動に利用されている現象で、太陽エネルギーを利用して、二酸化炭素(CO2)と水(H2O)から炭水化物などの有機化合物を作り出すというもの。同様の現象を人工で発生させることができれば、地球温暖化の大きな要因であるCO2の減少に貢献するだけでなく、有害物や環境負荷の高い物質を排出しない新たなクリーンエネルギーとなることから高い関心を集めている。


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太陽光パネルや光合成の効率を上げる!フォトン・アップコンバージョンとは何か?

 太陽光パネルの効率アップ

 太陽光発電が徐々に普及している。2014年の経済産業省の発表によると、我が国の総発電量のうち、水力を含む再生可能エネルギーの占める割合は11%であった。水力を除く再生可能エネルギーの発電量に占める割合は、1.4%(2011年度)から、固定価格買取制度導入後2年間で、2.2%(2013年度)に増加した。

 特に増えたのは太陽光発電で、2012年7月に固定価格買取制度を開始して以降、2014年3月末時点で既に2955万kWに達した。設備容量は前年度比32%増加した。

 太陽光パネルのエネルギー効率は10%~20%程度。つまり、光エネルギーの10%~20%しか使っていない。これは、太陽光パネルに使われるシリコンが吸収する、光の波長に限度があるからである。もしすべての波長を吸収し、電気に変えられればもっと効率は上がる。


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光合成タンパク質(PSII)の正確な構造を、X線パルスレーザーで解明

 光合成タンパク質の正確な構造を解明

 光合成による水分解反応を触媒する光化学系Ⅱ複合体の正確な構造を、岡山大学大学院自然科学研究科の沈建仁(しん けんじん)教授、菅倫寛(すが みちひろ)助教、秋田総理(あきた ふさみち)助教らが突き止めた。

 X線自由電子レーザー施設SACLA(さくら、兵庫県佐用町)で解析した成果で、人工光合成開発の糸口になりそうだ。理化学研究所放射光科学総合研究センターの山本雅貴(やまもと まさき)部長、吾郷日出夫(あごう ひでお)専任研究員らとの共同研究で、11月27日付の英科学誌ネイチャーのオンライン版に発表した。

 植物の光合成は、太陽光を利用して、生物が利用可能な化学エネルギーに変換するとともに、水を分解して酸素を作り出している。この反応を担っているのは、藻類や植物の葉の中の葉緑体にある複雑な膜分子の光化学系Ⅱ複合体で、19個ものタンパク質からなる。


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可視光でアンモニア人工光合成に成功!金微粒子の表面プラズモン共鳴

 アンモニアは重要な工業品材料

 アンモニアというと、強烈な刺激臭があり、あまりよいイメージはない。タンパク質やアミノ酸が微生物によって分解されるとアンモニアが発生する。

 虫さされのときに塗るキンカンなどには、9.5–10.5% のアンモニア水溶液が含まれる。また最近ではフロンに代わる、冷却剤として用いられる。フロンに比べオゾン層を破壊しないからだ。

 アンモニアは硝酸などの基礎化学品、硫安などチッソ肥料の原料となるため、工業的にきわめて重要な物質だ。アンモニアはどうやってつくられるのだろう?

 アンモニアの合成法というと、古くからハーバー・ボッシュ法によるものが一般的だ。水素と窒素を鉄触媒存在下 20 MPa、500℃ で反応させると、アンモニアが生成する。


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