2014年03月13日00:51
【相關新聞】
【碳素新產業】實用化大潮（下）：光激勵發光元件，取代CMOS傳感器
2013年12月，鬆下開發出了人工光合系統，可生成能直接用作燃料的甲烷。不囿於以往的研究方向，鬆下利用自身優勢，在后發的不利局面下，開創了“世界先河”。
2013年12月，在日本最大級別的環境展會“Eco-Products 2013”上，出現了一台格外引人注目的裝置。這就是鬆下首次公開的“人工光合作用”實驗裝置。
人工光合是指以水和CO2為原料，利用陽光生成燃料、化學原料等能源的技術。其原理與植物的光合作用相同，因為是吸收CO2，來生成燃料，所以也被稱為“終極可再生能源”。
2012年7月，鬆下以世界最高水平的0.2％轉換效率，成功合成了常用於香料和染料的有機物“甲酸”。轉換效率是生成的甲酸等的燃燒能與太陽能的比值。據稱0.2％與柳枝稷（一種雜草）制造生物乙醇的轉換效率相當。2013年發表的人工光合系統的轉換效率為0.04％，僅為植物的5分之1左右，但可以合成天然氣的成分——甲烷。直接合成可作燃料使用的成分，在全世界是頭一份。
以LED等使用的材料作催化劑
為何家電企業鬆下要研究人工光合作用？契機要追溯到2007年。當時，鬆下社長大坪文雄（時任社長，現任特別顧問）提出了創建“環境革新企業”的口號。位於京都府精華町的尖端技術研究所也准備開發環保技術，發展人工光合作用的時機逐漸趨向於成熟。
 |
| 人工光合作用的實驗裝置（左）。下為金屬催化劑的放大圖。金屬的反應速度快，生成量也多，因此，產生的甲烷等氣體形成了大量氣泡 |
“既然要做，就要做‘最好’的”。尖端技術研究所環保材料研究組主管研究員四橋聰史充滿了干勁。工作組最初是非正式組織，直到2009年4月，以主管研究員四橋為首的人工光合系統開發項目組才正式成立。
2009年10月，家電展會“CEATEC JAPAN”在千葉幕張召開。大坪社長在主題演講上高調宣布：“我們正在開發把CO2轉化為能源的光催化劑技術”。在大坪社長同年6月到尖端技術研究所視察的時候，工作人員曾向其介紹了人工光合系統的研究，但並沒有想到社長會在展會上公開宣布。在“無退路”（四橋主管研究員言）的形勢下，研究所正式啟動了這項技術的開發。
向水溶液中的氧化鈦照射光線，水會電解成氧氣和氫氣——對於人工光合作用的研究早已有之，本多健一（已故）與藤島昭（東京理科大學校長）在1960年代后期發現的“本多-藤島效應”就是其中之一。
鬆下自從2009年全面投入研究，僅四年的時間，就成功開創“世界先河”，在成功的背后，依靠的是家電企業的技術積累。
這裡來介紹一下鬆下的人工光合作用的原理。向沉入水中的光催化劑照射光線，使水分解成氧氣、氫離子和電子（右圖左側）。植物的光合作用是利用電子和氫離子，使CO2轉化成葡萄糖（C6H12O6）等糖類，而人工光合作用可以生成甲酸（HCOOH）和甲烷（CH4）等（右圖右側）。
光催化劑大多使用的是氧化鈦等氧化物。但是，倘若使用氧化物作為催化劑，就得不到能夠還原CO2的能量。因此，鬆下把目光對准了東京理科大學教授大川和宏2005年發表的一篇論文：“通過照射氮化鎵（GaN），從水中分離氫氣”。
GaN是用來制作藍色LED（發光二極管）和功率半導體的材料。鬆下擁有豐富的GaN技術。在大川教授和內部技術人員的建議下，鬆下以GaN為材料制備催化劑，制成了高效分離電子的薄膜半導體。率先把目光對准了GaN催化劑能夠還原CO2的性質。鬆下不受以往研究方向的束縛，成功發揮出了自身優勢。
使用金屬催化劑作為電極，把CO2轉換成甲酸和甲烷也是鬆下的特點。通常情況下，人工光合作用大多是模仿植物，把有機物（含碳的復雜化合物）作為催化劑，但這種方法隻在合成甲酸上取得了成功。
設想的 “BtoB”用途
鬆下也沒有被“模仿植物”的常識所束縛。就像電線使用銅一樣，金屬的電阻小於有機物，能傳導更多的電能。因此，金屬催化劑的反應速度快，反應生成物的量也多。生產的物質不只是甲酸，還包括甲烷、一氧化碳等成分。隨著研究的進展，鬆下發現，合成甲酸需要使用銦系催化劑，合成甲烷需要使用銅系催化劑，通過改變金屬催化劑，可以控制生成物的種類。
雖說鬆下一直給人以BtoC（商家對消費者）的印象，但對於人工光合系統，鬆下設想的用途卻與以往截然不同。主管研究員四橋介紹了正在研究的一個用途：“在發電站和垃圾焚燒場等場所設置人工光合系統，以排放的CO2為原料，為場所內行駛的汽車提供燃料”。這個用途尚處於實驗室研究階段，鬆下將爭取在2020年之前，建成使用排放的CO2的驗証設備。為了在垃圾焚燒場開展驗証實驗，鬆下目前正在與京都市進行協商。
2012年6月就任社長的津賀一宏表明了“向BtoB（商對商）轉型”的態度。今后，鬆下將充分利用家電領域的積累，為發展新的能源業務繼續進行研發。（作者：外? 祐理子，日經技術在線！供稿）
