成功实现世界最高水平的人工光合成 丰田中央研究所超过植物的效率7.2%

丰田汽车集团的丰田中央研究所(爱知县长久手市)宣布，成功将利用太阳能从水和二氧化碳( CO2 )中制造有用有机物甲酸的人工光合成的转换效率，以实用尺寸提高到世界最高水平。 该研究所表示，转化效率为7.2%，远远超过植物，该技术也可以回收工厂排出的CO2进行资源化。 据说为了为实现“脱碳化社会”做出贡献，也要以早日实用化为目标。光合作用是利用太阳能从水和CO2中合成新物质的反应，自然界的植物制造碳水化合物产生氧气，这一点众所周知。 在人工光合作用中，使用促进制造新物质的反应的催化剂。 为了有效地利用太阳光产生有用物质，开发什么样的催化剂是实用化的关键。丰田中央研究所开发的人工光合成技术的特征是使用半导体和分子催化剂。 在含有CO2的水溶液中加入与太阳能电池连接的还原电极和氧化电极。 这是通过向这里照射太阳光作为能量，在氧化电极上从水中生成氢离子，在还原电极上氢离子和CO2发生反应，在常温常压下合成甲酸的结构。在2011年进行的原理实证实验中，确认了太阳光转换效率为0.04%。 此后，2015年在1厘米见方大小的小区中，已经实现了超过植物的4.6%。为了将该技术实用化，需要在不降低转换效率的情况下增大人工光合成单元。 该研究所在之后的研究开发中，为了向电极迅速提供电子、氢离子和CO2，可以有效地合成甲酸，在太阳能电池单元和电极的结构上下了功夫。结果是，36厘米见方的实用尺寸的单元，在这个等级中实现了世界最高水平的转换效率7.2%。 据说此次开发成功的新单元结构可以适用于更大的尺寸，还可以应用于回收工厂等排出的CO2进行资源化的系统。 甲酸现在被用于抗菌剂和防腐剂等，但是作为燃料电池的原料和氢的储存·搬运手段也有效利用的研究正在进行。由于人造光合成利用了导致全球变暖的CO2，因此作为同时解决环境问题和能源问题的“未来技术”，全世界都在进行社会安装的研究。 在日本，产官学合作的项目等也在进行各种各样的技术开发。

丰田中央研究所实现世界最高水平转换效率的人工光合成的基本原理(该研究所提供)

 

36厘米见方的人工光合成单元(丰田中央研究所提供)