인공 광합성의 연구 가속 실용화에 일본이 선진 자원・온난화로 각광
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■원료는 무진장
식물은 태양광의 에너지를 이용하고 광합성을 실시해, 물과 이산화탄소로부터, 전분이나 포도당을 만들어 낸다.이것과 같은 원리로 에너지원이나 화확원료가 되는 유기물을 만드는 것이 인공 광합성이다.
지구 온난화는, 온실 효과를 가져오는 이산화탄소가 대기중에 증가하는 것이 원인으로 여겨진다.이산화탄소를 소비해 자원 가치가 있는 물질을 만들면, 온난화 대책에의 공헌과 동시에, 고갈이 염려되는 화석연료의 대체도 가능하게 된다.
태양광은 지구에 쏟아지는 1시간분에만, 인류가 필요로 하는 1년분에 상당하는 에너지량이 있다.이산화탄소나 물도 지구에 무진장하게 있다.인공 광합성은 원료 코스트가 거의 제로로, 지구 규모의 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 혁신 기술로서 주목받고 있다.
■노벨상이 기운
연구의 기운을 높인 것은2010년에 노벨 화학상을 수상한 네기시 에이이치・미 파듀대특별 교수다.
수상 직후,「온난화나 에너지 문제의 해결에 큰 가능 성을 숨긴 만큼 들이다 」와 문부 과학성에 연구 지원을 요청.수상 이유의 금속 촉매를 사용하고 실현을 목표로 해, 프로젝트를 시작했다.
11년 4월, 큰 성과를 올렸던 것이 오사카시립대의 카미야 노부오 교수의 팀이었다.
식물의 광합성은
(1) 태양광으로 물을 산소, 전자, 수소이온 으로 분해하는「명반응 」
(2) 얻을 수 있던 전자, 수소이온에 유래하는 에너지로 이산화탄소로부터 전분등을 만드는「암반응」－의 2 단계에서 행해진다.
명반응의 수분해는, 망간 클러스터라고 하는 물질이 촉매의 역할을 이루어 있는 것을 알고 있었다.하지만 극히 미세하기 때문에, 그 구조는 길고 불명했다.
거기서 카미야 교수는 대형 방사광 시설「스프링 8」(효고현)로 X선을 조사해, 원자간의 거리를 알 수 있는 옴스트롬(1억분의 1센치) 단위의 고정밀도로 해석.망간 4개, 칼슘 1개, 산소 9개의 원자로부터 완성되는 입체 구조를 세계에서 처음으로 밝혀냈다.
이 성과는,미 과학잡지 사이언스가 동년의 10대뉴스에 선택하는 획기적인 실적이 되었다.망간 클러스터는 인공적으로 합성 되어 있지 않지만, 「닮은 구조의 물질을 만들면 인공 광합성의 촉매가 될 수 있는」(카미야 교수)부터다.세계에서 개발 경쟁이 시작되었다.
■「식물에 이기는 」
동년 9월, 토요타 자동차 그룹의 토요타 중앙연구소(아이치현)가 세계에서 처음으로 태양광과 이산화탄소, 물을 사용한 인공 광합성의 실증 실험에 성공해, 비교적 단순한 유기 화합물의 기산을 만들어 냈다.
촉매가 되는 산화 티탄의 전극으로 물을 분해해, 금속 착체로 불리는 특수한 화합물의 전극으로 유기 합성을 실시하는 것으로 실현되었다.단지, 태양광 에너지의 변환 효율은 0 ・04％로, 식물의 광합성(0 ・2％)의 불과 5분의 1이었다.
하지만 작년 7월, 전기 대기업의 파나소닉이 이미 식물과 같은 변환 효율을 달성했다.청색 LED(발광 다이오드) 등에 사용되는 질화 갈륨의 전극 라고 인지움계 금속의 전극의 편성으로 기산의 고효율 생성에 성공.4다리 사토시・첨단기술 연구소 주간 연구원은「향후는 식물에 이기고 싶은」라고 이야기한다.
연구가 급피치에 진전하고 있는 것을 받아 경제 산업성도 작년 11월, 10년간에 약 150억엔을 투자하는 프로젝트를 시작했다.16 연도말에 3％, 21 연도말에 10％의 변환 효율을 목표로 내걸고 있다.
그러나, 과제는 효율 향상 만이 아니다.실용화에는 연료 전지의 에너지원이 되는 알코올이나 수소, 화확원료가 되는 에틸렌이나 올레핀 등, 수요가 큰 물질을 자재로 만드는 기술이 필요하다.
자원이 적은 일본에 있어서 실현되면 의의는 크다.촉매는 일본이 자랑으로 여기는 분야이기도 하다.4교씨는「연구는 아주 대단한 스피드로 진전하고 있다.각각의 물질에 최적인 촉매를 서둘러 찾고 싶은」와 의욕을 태우고 있다.
http://sankei.jp.msn.com/science/news/130121/scn13012110530001-n1.htm
CO2로부터 알코올 인공 광합성, 이단의 발상으로 진화
http://www.nikkei.com/article/DGXNASDD050FH_W2A201C1000000/
