人工光合成研究の現状

人工光合成研究の現状

人工光合成の最終目標

現在の研究レベルで「人工光合成」の最終目標を、植物の「光合成」のレベルに置く事は夢のまた夢と言わなければなりません。
つまり、太陽光エネルギーからのエネルギー変換効率や他の全ての効率を含めても、「人工光合成」が植物の自然の「光合成」の域に達するには相当の年月が必要だからです。
しかし、「人工光合成」は太陽光エネルギーを人類が用いることのできる形態のエネルギーに変換することと考えれば、「人工光合成」の実用化はもっと手の届くものになるのです。
例えば、「太陽電池」は太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置で「人工光合成」の1つと考えることができます。
また、植物の「光合成」は二酸化炭素の還元反応としてグルコースを得ていますが「人工光合成」ではグルコースよりも単純な還元生成物である一酸化炭素やメタノールやメタンを得ることを目標にすることはより現実的です。メタノールやメタンはエネルギーや原料として使えるからです。
更に、太陽光エネルギーによって水を還元する「人工光合成」系を完成させれば、水から水素を得ることができます。つまり、太陽光エネルギーによる「水の完全分解」です。

人工光合成研究の現在のレベル

現在の「人工光合成」が自然の植物の「光合成」に及ばないのは、2つのポイントが大きなネックになっているからです。
その1つ目は、光電変換反応系における反応効率の低さです。緑色植物ではタンパク質中に整然と配列した分子間で電子が伝達され、色素が1個の光子を吸収すると殆ど100%の効率で1個の電子と正電荷が末端まで運ばれます。
しかし、「人工光合成」では、かなりの割合で電子と正電荷が再結合によって消滅し太陽光エネルギーを有効に使うことができないのです。
そして、2つ目は、植物が持つ酵素に匹敵するような優れた酸化還元触媒が未だ見つかっていないということです。

人工光合成の今後の課題

そこで、「人工光合成」の今後の研究課題は以上の2つのポイントに絞られる訳ですが、近年、これらに関する研究は急速に進展しています。
現在、最も注目されている研究は、還元触媒として半導体を用いる研究です。
もともと、1972年に発見された「ホンダ・フジシマ効果」に端を発している訳ですが、現在は様々な半導体が光触媒として試され実験段階で成果を上げている研究もいくつか報告されています。
そして、もう1つは半導体を用いずに太陽光を吸収する色素と電子伝達系を用いる方法と、酸化還元触媒系を連動させた分子システムは植物の「光合成」をより忠実に模倣した「人工光合成」と言えます。
現在、人類は必要なエネルギーの大部分を化石燃料に依存しています。しかし、化石燃料はいずれ枯渇することは間違いありません。
従って、「人工光合成」に限らず太陽光エネルギーを有効に利用する研究は、今後の人類にとって不可欠であることは間違いありません。