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★植物を超えた「人工光合成」:東芝

植物を超えた「人工光合成」東芝 <newsNueq-2170>より転載します。
貼り付け開始

 スマートジャパン
 植物を超えたか「人工光合成」、太陽電池技術も使う
 ----------------------------------------------------------------------
 https://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/10/news050.html
 2014年12月10日 07時00分

 東芝は2014年12月、人工光合成の世界記録を更新したと発表した。
 太陽光のエネルギーのうち、1.5%を化学エネルギーに転換できたという。
 これまでの世界記録を1桁上回る成果だ。
 火力発電所の排出する二酸化炭素を分離回収する技術と、
 今回の成果を組み合わせることが目標。

 < 抜粋 >

 ■ 日本企業が人工光合成を大きく進めた

 人工光合成のパイオニアは2011年9月にギ酸(HCOOH)を合成した豊田中央研究所だ。
 2011年9月に発表した時点の効率は0.03~0.04%。

 続いて2012年7月にはパナソニックが効率を0.2%まで高めた。
 生成したのはギ酸。
 2013年12月には効率は幾分下がるものの、
 メタン(CH4)を生成するシステムも公開している。

 東芝の1.5%という効率は、植物の光合成と比較すると、
 高等植物と比較する限り、既に上回っている。
 例えば増殖能力が高く(光合成の能力が高く)
 バイオエタノールの原料として研究が続くスイッチグラスの効率は0.2%だ(図1)。
 東芝の成果は、光合成の能力に優れる藻類とほぼ同程度だということができる。

  図1:スイッチグラス。北米のプレーリーでは主要なイネ科の雑草。
https://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/10/yh20141210Toshiba_switchgrass_400px.jpg
  https://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/10/yh20141210Toshiba_switchgrass_400px.jpg


 ■ 人工光合成はなぜ役立つ

 人工光合成とは、太陽光と二酸化炭素、水を用いて、
 燃料や資源となる物質を作り出す技術。
 太陽エネルギーを利用して、二酸化炭素を還元し、炭素化合物と酸素を生み出す。

 人工光合成の目標は、植物などが進める光合成。
 太陽光と二酸化炭素、水から、グルコース(ブドウ糖)などの
 炭素化合物(有機物)と酸素を生み出している。
 光によって物質から水素イオンを取り出し、
 エネルギーと水素イオンの還元力を用いて二酸化炭素を有機物に固定する反応が光合成。

 ヒトの食物は元をたどればほぼ100%が光合成に由来する。
 大気中の酸素もやはりほとんど全てが光合成によって生み出されたものだ。

  現在の酸素濃度23%は、18億年前にバイ菌の猛毒のおならで完成した。
   この猛毒のことを酸素という。
   5億年前に地上に這い上がった植物はこの猛毒から身を護るために
   抗酸化物質をその外皮に纏う。
   このバイ菌のことをシアノバクテリアと呼び、
   現在の海苔( = バイ菌の塊 )の先祖だ。
   我々動物は、このバイ菌のおならを吸って生きている♪


 太陽光から電力を得る太陽電池は有用な技術であり、
 大量生産品の効率は既に20%に届いている。
 だが、液体燃料などを生み出すためには別の仕組みが必要だ。
 人工光合成を利用すれば太陽光と不要な二酸化炭素から一気に燃料を得ることができる。

 2020年代前半までに人工光合成を実用化し、
 二酸化炭素分離回収技術などと組み合わせ、
 効率10%の実現が必要だ。(東芝)


 ■ 東芝が高効率を実現できたワケ

 東芝が開発した人工光合成用の装置は、大きく2つの部分からなりたっており、
 どちらの部分も高い変換効率達成に役立っている(図2)。

  図2:人工光合成装置の概要
https://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/10/yh20141210Toshiba_inst_587px.jpg
  https://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/10/yh20141210Toshiba_inst_587px.jpg

 図2の左側のブロックでは太陽光を受け取り、水(H2O)を分解して、
 酸素(O2)と水素イオン(H+)、電子(e-)を生み出している。
 左のブロックから右のブロックへは水素イオンと電子だけが移動する。

 右側のブロックでは二酸化炭素と水素イオンから一酸化炭素(CO)と水を生み出している。
 一酸化炭素は毒性があるものの、さまざまな化学合成の原料となり、
 燃料として使うこともできる有用なガスだ。

  図3:触媒表面から燃料原料(一酸化炭素)が発生している様子 
     触媒部分の寸法は1cm角。
https://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/10/yh20141210Toshiba_Au_400px.jpg
  https://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1412/10/yh20141210Toshiba_Au_400px.jpg

 図2の濃い青で描かれた部分はアモルファスシリコンを用いた3層の太陽電池と同じ材料。
 それぞれの層が吸収する光の波長は異なるため、
 太陽光に含まれる幅広い波長の光を効率良く吸収。
 太陽光に53%含まれている可視光も吸収できる。

 濃い黄色で描かれた部分は、ナノサイズの構造をもつ金ナノ触媒。
 金ナノ触媒の構造制御技術で、二酸化炭素を一酸化炭素に変化させる
 「場」(活性サイト)の効率向上に成功。



関連情報

  < newsNueq-2169:窓ガラスで赤外光発電の近未来 >
  < newsNueq-029 :人工光合成+合成プラスティックに一歩先進 >

  < newsNueq-906 :東芝:西田元会長の死と三井住友から送り込まれた新会長( シリーズ:新核時代:4 ) >
  < newsNueq-817 :ビル・ゲイツの新型小型原子炉( シリーズ:新核時代:2 ) > 

  < newsNueq-1093:タチの悪い日本の空洞化 >


                              nueq

貼り付け終わり、ニュークさん解説。


*これは凄い!
 朗報だ(=・ω・=)にゃ~♥








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