人工光合成の新機軸、二酸化炭素からペットボトルを作れるか：自然エネルギー（2/4 ページ）

人工光合成の目的は、二酸化炭素と水から有用な化合物を作り出すこと。研究目的は大きく2つある。1つは高い効率。もう1つは狙った物質を作ることだ。東芝は2個の炭素原子を含む有用物質を作る実験に成功。太陽電池から得た電力を用いて、二酸化炭素と水からペットボトルの原料物質を合成した。

[畑陽一郎，スマートジャパン]

水と二酸化炭素と太陽電池を組み合わせる

　東芝が開発した「光電気化学システム」の仕組みを図2に示す。

図2　光電気化学システムの構成　出典：東芝

　左右の容器と容器の間を結ぶ管の他、シリコン太陽電池と各容器内の電極が描かれている。太陽電池には自然の太陽光と同等の疑似太陽光を照射した（JIS規格準拠）。容器内には電解質として安価な炭酸水素ナトリウム（NaHCO₃）の水溶液を入れた。

　左側の容器には薄紫色で示した白金アノード電極を置き、太陽電池の生み出す起電力によって、水を水素イオン（H^＋）と酸素分子に分解している。得られた電子は回路内を右側の容器に向かって移動する。

5H₂O → 10H^＋ ＋ 2.5O₂ ＋ 10e⁻

　2つの容器を結ぶ管ではイオン交換膜によって、容器内のイオンが一方向にしか流れないように制限している。

　右側の容器では外部から二酸化炭素を吹き込んでいる。左側の容器から得た水素イオンと二酸化炭素が、茶色で示した金電極の表面近くで触媒と反応。反応後の触媒がエチレングリコールを放出するという仕組みだ。

2CO₂＋10H^＋＋10e⁻ → C₂H₆O₂ ＋ 2H₂O

　システム全体を通して考えると、4分子の二酸化炭素と6分子の水から、2分子のエチレングリコールと5分子の酸素を生み出していることになる。

4CO₂ ＋ 6H₂O → 2C₂H₆O₂ ＋ 5O₂