豊田中研,36cm角セルで変換効率7.2%の人工光合成

豊田中央研究所は,太陽光のエネルギーを利用し,CO2と水のみから有用な物質を合成する人工光合成を,実用太陽電池サイズ(36cm角)のセルにおいて,このクラスでは世界最高となる太陽光変換効率7.2%を実現した(ニュースリリース)。

同社の人工光合成は,半導体と分子触媒を用いた方式で,CO2の還元反応と水の酸化反応を行なう電極を組み合わせ,常温常圧で有機物(ギ酸)を合成するというもの。

同社による2011年の世界初の原理実証時には,太陽光変換効率は0.04%だったが,2015年には1cm角サイズで,植物を大きく上回る変換効率4.6%(当時の世界最高)を実現している。

社会実装のためには,人工光合成セルの変換効率を低下させず,実用サイズに拡張することが必要だが,技術的に困難とされていた。そこで基本原理はそのままに,太陽光にて生成した多量の電子を余すことなくギ酸合成に使用する,新しいセル構造と電極を考案した。

その特長は,太陽電池で生成した電子量とのバランスが良いサイズに電極面積を拡張するとともに,ギ酸合成に必要な電子,水素イオン,CO2を電極全面に素早く途切れることなく供給し,ギ酸合成を促進するものだという。

その結果,36cm角の実用サイズで,このクラスでは世界最高となる変換効率7.2%を実現した。この新セル構造は,より大きなサイズにも適用できるとする。

同社では将来,工場等から排出されるCO2を回収し,この人工光合成にて再び資源化するシステムの実現を目指すとしている。

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