昭和シェル石油、ガス拡散電極を用いた人工光合成技術で水と二酸化炭素から炭化水素の直接合成に成功

ガス拡散電極を用いた人工光合成技術で水と二酸化炭素から炭化水素の直接合成に成功
−太陽光エネルギー変換効率０．７１％を実現−


　昭和シェル石油株式会社（本社：東京都港区台場２−３−２　代表取締役社長　グループCEO：亀岡剛）は、太陽光エネルギーで水と二酸化炭素から有用物質を直接（※１）合成する研究開発を行っております。この研究過程でガス拡散電極（※２）を用い、常温常圧下において太陽光エネルギーだけで炭化水素などの有用な資源へ変換することに世界で初めて成功しました。
本成果は２０１７年３月に京都で行われる国際学会ICARP２０１７（※３）で発表を予定しています。

＜本研究開発に取り組む背景＞
　現在、世界では地球温暖化対策の新たな枠組み「パリ協定」が発効されるなど、温暖化対策として二酸化炭素削減に向けて議論が進められています。二酸化炭素の排出量を抑える方法として、再生可能エネルギーを利用し二酸化炭素を炭化水素などの資源へ変換する技術の実現が期待されていますが、二酸化炭素は化学的に安定で炭化水素などに変換するのは困難です。
日本は近年、太陽光をエネルギー源とする人工光合成技術によって二酸化炭素を有用物質に変換する研究で世界を牽引しています。しかしながら、多くの研究機関では二酸化炭素をいったん水に溶かした状態で変換する方式を採用しており、原料となる二酸化炭素が少量しか水に溶けないため、変換が難しいという課題があります。

＜本研究開発の特徴と成果＞
　当社はエネルギー企業として持続可能な社会の実現を目指し、二酸化炭素低減に向けた研究開発を行っています。そして今回、燃料電池等で使用されているガス拡散電極を用い、気体の二酸化炭素を直接反応させることに成功しました。図１に示すように、二酸化炭素が反応する電極には独自に開発した触媒を使った「ガス拡散電極」を用い、「光陽極」には半導体光触媒とソーラーフロンティア（株）製CIS薄膜太陽電池（※４）との積層構造を利用した電極を用いて、疑似太陽光の照射下、メタン（※５）を太陽光エネルギー変換効率（※６）０．６１％、エチレンを同０．１％で合成することに成功しました。すなわち、炭化水素への太陽光エネルギー変換効率は０．７１％となり、自然界の植物の光合成と同レベルです（※７）。本技術は気体の二酸化炭素を直接利用できるため、我々は実用化に向け、大きな一歩になると考えています。

＜今後の展望＞
　当社はこのガス拡散電極を用いた人工光合成の研究を進め、２０３０年までに二酸化炭素から高効率で炭化水素やアルコール等の有用物質を製造する技術を確立することで、二酸化炭素の再利用による持続可能な社会の実現を目指します。

　※図１）本研究開発のイメージ

　＊添付の関連資料を参照

　※１：本研究では太陽光のエネルギーを利用して、原料として水と二酸化炭素を用い、一段階で炭化水素を合成しています。
　※２：水と、気体状態の二酸化炭素が同時に触媒に接触する構造の電極です。
　※３：２０１７　International　Conference　on　Artificial　Photosynthesisという名称の国際学会。２０１７年３月２〜５日に京都府の立命館大学で開催予定です。
　※４：ソーラーフロンティア（株）は当社の１００％子会社であり、CIS薄膜太陽電池の生産・販売を行っています。このCIS薄膜太陽電池は、銅、インジウム、セレンを用いて独自技術で生産する太陽電池であり、経済効率が高く、環境に優しいことが特徴です。
　※５：メタンは天然ガスの主成分で重要な化学原料です。
　※６：太陽光エネルギー変換効率は二酸化炭素と水からメタンが生成するときに蓄積されたエネルギー量を、光陽極に照射された太陽光のエネルギー量で割った値。
　※７：植物が光合成により水と空気中の二酸化炭素から炭水化物（例えばデンプン）を生成する効率は一般的に０．１〜２．５％程度とされています。