2014年03月13日00:51
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2013年12月，松下开发出了人工光合系统，可生成能直接用作燃料的甲烷。不囿于以往的研究方向，松下利用自身优势，在后发的不利局面下，开创了“世界先河”。
2013年12月，在日本最大级别的环境展会“Eco-Products 2013”上，出现了一台格外引人注目的装置。这就是松下首次公开的“人工光合作用”实验装置。
人工光合是指以水和CO2为原料，利用阳光生成燃料、化学原料等能源的技术。其原理与植物的光合作用相同，因为是吸收CO2，来生成燃料，所以也被称为“终极可再生能源”。
2012年7月，松下以世界最高水平的0.2％转换效率，成功合成了常用于香料和染料的有机物“甲酸”。转换效率是生成的甲酸等的燃烧能与太阳能的比值。据称0.2％与柳枝稷（一种杂草）制造生物乙醇的转换效率相当。2013年发表的人工光合系统的转换效率为0.04％，仅为植物的5分之1左右，但可以合成天然气的成分——甲烷。直接合成可作燃料使用的成分，在全世界是头一份。
以LED等使用的材料作催化剂
为何家电企业松下要研究人工光合作用？契机要追溯到2007年。当时，松下社长大坪文雄（时任社长，现任特别顾问）提出了创建“环境革新企业”的口号。位于京都府精华町的尖端技术研究所也准备开发环保技术，发展人工光合作用的时机逐渐趋向于成熟。
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| 人工光合作用的实验装置（左）。下为金属催化剂的放大图。金属的反应速度快，生成量也多，因此，产生的甲烷等气体形成了大量气泡 |
“既然要做，就要做‘最好’的”。尖端技术研究所环保材料研究组主管研究员四桥聪史充满了干劲。工作组最初是非正式组织，直到2009年4月，以主管研究员四桥为首的人工光合系统开发项目组才正式成立。
2009年10月，家电展会“CEATEC JAPAN”在千叶幕张召开。大坪社长在主题演讲上高调宣布：“我们正在开发把CO2转化为能源的光催化剂技术”。在大坪社长同年6月到尖端技术研究所视察的时候，工作人员曾向其介绍了人工光合系统的研究，但并没有想到社长会在展会上公开宣布。在“无退路”（四桥主管研究员言）的形势下，研究所正式启动了这项技术的开发。
向水溶液中的氧化钛照射光线，水会电解成氧气和氢气——对于人工光合作用的研究早已有之，本多健一（已故）与藤岛昭（东京理科大学校长）在1960年代后期发现的“本多-藤岛效应”就是其中之一。
松下自从2009年全面投入研究，仅四年的时间，就成功开创“世界先河”，在成功的背后，依靠的是家电企业的技术积累。
这里来介绍一下松下的人工光合作用的原理。向沉入水中的光催化剂照射光线，使水分解成氧气、氢离子和电子（右图左侧）。植物的光合作用是利用电子和氢离子，使CO2转化成葡萄糖（C6H12O6）等糖类，而人工光合作用可以生成甲酸（HCOOH）和甲烷（CH4）等（右图右侧）。
光催化剂大多使用的是氧化钛等氧化物。但是，倘若使用氧化物作为催化剂，就得不到能够还原CO2的能量。因此，松下把目光对准了东京理科大学教授大川和宏2005年发表的一篇论文：“通过照射氮化镓（GaN），从水中分离氢气”。
GaN是用来制作蓝色LED（发光二极管）和功率半导体的材料。松下拥有丰富的GaN技术。在大川教授和内部技术人员的建议下，松下以GaN为材料制备催化剂，制成了高效分离电子的薄膜半导体。率先把目光对准了GaN催化剂能够还原CO2的性质。松下不受以往研究方向的束缚，成功发挥出了自身优势。
使用金属催化剂作为电极，把CO2转换成甲酸和甲烷也是松下的特点。通常情况下，人工光合作用大多是模仿植物，把有机物（含碳的复杂化合物）作为催化剂，但这种方法只在合成甲酸上取得了成功。
设想的 “BtoB”用途
松下也没有被“模仿植物”的常识所束缚。就像电线使用铜一样，金属的电阻小于有机物，能传导更多的电能。因此，金属催化剂的反应速度快，反应生成物的量也多。生产的物质不只是甲酸，还包括甲烷、一氧化碳等成分。随着研究的进展，松下发现，合成甲酸需要使用铟系催化剂，合成甲烷需要使用铜系催化剂，通过改变金属催化剂，可以控制生成物的种类。
虽说松下一直给人以BtoC（商家对消费者）的印象，但对于人工光合系统，松下设想的用途却与以往截然不同。主管研究员四桥介绍了正在研究的一个用途：“在发电站和垃圾焚烧场等场所设置人工光合系统，以排放的CO2为原料，为场所内行驶的汽车提供燃料”。这个用途尚处于实验室研究阶段，松下将争取在2020年之前，建成使用排放的CO2的验证设备。为了在垃圾焚烧场开展验证实验，松下目前正在与京都市进行协商。
2012年6月就任社长的津贺一宏表明了“向BtoB（商对商）转型”的态度。今后，松下将充分利用家电领域的积累，为发展新的能源业务继续进行研发。（作者：外薗 祐理子，日经技术在线！供稿）
