太陽光だけで二酸化炭素をエネルギー資源に変換する新たな分子が誕生

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＜米インディアナ大学ブルーミントン校の研究チームは、光や電気を使って二酸化炭素から燃料を生成する分子を新たに開発したことを明らかにした＞

光合成とは、太陽光などの光エネルギーを使って、水と二酸化炭素から炭水化物を合成する生化学反応のこと。自然界では、植物や植物プランクトン、藻類など、光合成色素を有する生物が、光合成によって、必要な養分をつくりだしているが、近年、この仕組みを模倣し、人為的に光合成させる人工光合成の研究開発がすすめられている。

米インディアナ大学ブルーミントン校の研究チームは、2017年3月、学術雑誌「米国化学会誌（JACS）」で、光や電気を使って二酸化炭素から燃料を生成する分子を新たに開発したことを明らかにした。

この分子は、鉛筆の芯として広く用いられているグラファイト（黒鉛）をナノメートルサイズにしたナノグラフェンに、レアメタル（希少金属）のひとつであるレニウムを結合させたもの。ナノグラフェンが太陽光からエネルギーを吸収し、レニウム原子に電子を流し込むと、レニウム原子がこれらの電子を使って二酸化炭素を一酸化炭素に還元する。

つまり、ナノグラフェンが"エネルギー捕集体"として機能し、レニウムが一酸化炭素を生成する"エンジン"の役割を担っているわけだ。一酸化炭素は、自動車用燃料に利用可能な合成ガスに変えることで、エネルギー資源として活用できる。

太陽光を使って二酸化炭素を一酸化炭素に還元する手法はこれまでも研究されてきたが、二酸化炭素の還元に利用できる太陽光は、紫外線領域のごく一部の波長に限られていた。これに対して、ナノグラフェンは、最大600ナノメートルの波長まで光を吸収することができるのが利点。二酸化炭素から一酸化炭素への還元において、太陽光エネルギーをより有効に利用できる。

研究チームでは、今後の課題として、この分子の強度と耐久性を向上させるとともに、希少なレニウムに代わる素材の必要性を挙げている。マンガンなど、より安価で一般的な素材に代替されることが望ましい。

太陽光だけで二酸化炭素をエネルギー資源として再生できるこの分子は、温暖化ガス排出量の削減とエネルギー資源の確保という一挙両得を実現する技術として大いに期待できそうだ。