この画像を大きなサイズで見る温室効果ガスの削減が急務とされている世界は今、化石燃料からの脱却が求められている。
新しいエネルギー源として代表的なものに、風力発電や太陽光発電といった自然の力を利用した再生可能エネルギーが挙げられるだろう。
あまり馴染みはないかもしれないが、同じ自然の力を利用したものとして植物の光合成を利用するアイデアも研究されている。
特に注目が集まっているのが、太陽の光で二酸化炭素を酸素に変える植物の力をモデルにした「人工葉」だ。
これは、排出される二酸化炭素と吸収される二酸化炭素が同じ量にするカーボンニュートラルな社会に転換させる切り札になるかもしれないと期待されている。
電気を使わずに光合成を成功させる人工葉
たとえばカナダ・ウォータールー大学の研究グループは『Nature Energy』（11月4日付）に掲載された研究で、電気を使わずにCO2（二酸化炭素）をメタノールに転換する技術を考案した。
電気を使った人工葉は人気を増しつつあるが、一方で光触媒反応を利用するアプローチは、電気を利用するアプローチよりも安価かつ効率的というメリットがありながらも、1978年に提唱されて以来ほとんど成功してこなかったのだという。
問題だったのは安定性に乏しいことと、これを作るために必要な元素が高コストであることだ。
この画像を大きなサイズで見る実験の様子。1時間が経過するころには化学反応により、二酸化炭素を燃料に変えるための新技術の鍵となる赤い粉末が生成された
image credit：University of waterloo
そこで研究グループは、光触媒化合物として新しく酸化第一銅を採用し、効率面でもコスト面でも電気式アプローチに対抗しうる光触媒反応式アプローチを考案した。
新開発の人工葉は、酸化第一銅の粉末を水に入れて光を当てると機能する。
これによって生じる反応で、まるで植物が光合成を行っているかのように酸素が作られてCO2はメタノールに転換される。
電気式アプローチでのメタノール生産性は50～60パーセント程度だが、今回のアプローチでは72パーセントという高生産性を達成。
さらに転換効率もおよそ10パーセントと、自然の光合成より10倍も高かったとのことだ。
こうして作られたメタノールは石油に変わる代替エネルギーとして使うことができるし、プラスチック製品の原料としても利用できる。
この画像を大きなサイズで見るウォータールー大学のYimin Wu教授
image credit：University of waterloo
光合成を模倣した装置でクリーンかつ持続可能な合成ガスを生産
また英ケンブリッジ大学の研究グループは、人工葉でクリーンかつ持続可能な合成ガスを作り出すことに成功し、その成果を『Nature Materials』（10月21日付）で発表している。
合成ガスは今現在でも燃料、薬、プラスチック、あるいは肥料として広く利用されている。
しかし、それは石炭や石油から作られた素材の残りを利用したもので、二酸化炭素の排出という点で考えればあまり望ましいものではない。
そこで研究グループは光合成を模倣して、ペロブスカイト（灰チタン石と同じ結晶構造の物質）というコバルト触媒に光と水と二酸化炭素を結びつけることにした。
ここにさらに水素と一酸化炭素を加えれば合成ガスができあがる。
この画像を大きなサイズで見る光合成を模倣した新デバイスの動作中の様子
image credit：Virgil Andrei
風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギーは年々性能が向上している。しかし、世の中は電気だけで動いているわけではない。
自動車、船舶、飛行機など、現時点では電気だけは利用できないものもある。ゆえにこうした分野では化石燃料に変わるクリーンな燃料が求められている。
そこで人工葉の出番というわけだ。
どこかで二酸化炭素が排出されたとしても、それをなんらかの方法で吸収するなら全体としての二酸化炭素量は変わらない。これをカーボンニュートラルという。
排出された二酸化炭素を捕らえてそれをクリーンな燃料に転換することができる人工葉が実現するのは、このカーボンニュートラルな社会だ。
葉っぱと言えば人工葉を思い浮かべる・・・そんな未来も来るのだろうか？
References:University of waterloo/ Nature Energy / written by hiroching / edited by usagi
追記：（2019/11/7）本文を一部訂正して再送します。
めっちゃ良いじゃん！
森切り開いて全部人工葉にしよう！（錯乱）
>>3
そのうち酸素まみれで滅びそうだな…
工場の煙突につければいいんだな。
森林減少の助けになればいいけど
人工葉をたくさん作れば森林はじゃんじゃん伐採していい
という世界的風潮になるような気がする
石油石炭採掘企業、それらの大量消費企業にはこの人工葉の植林？を義務付けよう。アメリカと中国、君らに言ってる。とにかく大国は地球に責任持てよ
※7
義務とか責任だのを持ち出す前に、「これは良い商売になるよ」って吹き込んだ方が早いぜ。
※20
まあ確かに、良い商売（新市場の創設）することを法案成立のモチベーションにさせたほうが自然かもな。規制法案を作れば対応製品（人工光合成製品）を購入するしかなくなるから
原潜だと二酸化炭素はまとめてポイするのが一般的なので
もしこの技術完成したら真っ先に採用しそう
おまけに宇宙空間でもシャトルなどの作業でも
十分使われると思うぜ
転換のスピードがウソ臭い
葉っぱでええやん
＞ そこで研究グループは光合成を模倣して、ペロブスカイト（灰チタン石）
＞ というコバルト触媒に光と水と二酸化炭素を結びつけることにした。
＞ ここにさらに水素と一酸化炭素を加えれば合成ガスができあがる。
ここは誤訳だと思う
後から水素と一酸化炭素を加えれば合成ガスができあがるのは当たり前なので
例えばこんな感じのが正しいと思う
＃ そこで研究グループは光合成を模倣して水と二酸化炭素を結びつけることにした。
＃ ペロブスカイト（灰チタン石）というコバルト触媒に光を当て
＃ 水素と一酸化炭素つまり合成ガスを生成させたのだ。
これシート状にしてビルの外壁覆えば自給自足も可能なんじゃない？
ロシア人「メタノールじゃないと飲めないではないか」
まずは開発者の国で試してみて欲しい
PM2.5が凄いから
人口光合成の研究は基本的に二酸化炭素を活用する前段階で必要となる
水を水素と酸素に分解することが盛んに研究されている。
後、今回のペロブスカイトは灰チタン石ではなく灰チタン石と
同じ結晶構造の物質の事を言っているはずですよ。
いきなり化石燃料から脱却するのは無理が出るから
こういうアプローチは猶予も出来るし現実的でいいね
ただ、生物の作用で行われる化学反応は再現が難しいものが多いから、大変だろうけど頑張って欲しいね
貝類の世界規模での養殖じゃダメかな。
貝殻生成には水中の二酸化炭素が必要なわけだし。
そして陸地より海のほうが広いし。
で、できたメタノールはどうなるの。CO2にもどるならせめてエタノールにしてほしい
正に「求めよ。さらば救われん」ですか。
人間は素晴らしいですね。危機が訪れる度に知恵を廻らせ、乗り越える術を導き出すのですから。
セラミクスという固体電解質の特性を生かし、厄介者の炭酸ガスを分解するなんて、循環型社会を目指す世界中の人々に、一筋の光明がもたらされた訳ですからね。
益々の健勝を祈りたいものです。
殺す気か！？
人工光合成に成功ってちょくちょく聞くけど製品化はなかなかされないね。
これってエタノールファームを作るより既存の煙突や排気口にエタノール製造装置を後付けすって流れが一番現実的だと思う
だから森林伐採して～ていうのはないんじゃないかな
使用済み核燃料の無害化も核エネルギーに耐える容器素材の開発も無理っぽいから人類が次のステップに進む術は人工光合成しかないか
知ってるか？、温室効果ガスの80％以上は「水蒸気」なんだぜ？
水蒸気は人の吐く息にも車の排気ガスにも物を燃やした煙にも含まれてる厄介な奴。
水蒸気じゃ対処の仕様が無いから2位の二酸化炭素を減らそうって事で、
二酸化炭素が目の敵にされてるんだぜ？
ちな水蒸気の対処法は「氷にして局地封印」ぐらいしかない。
要は赤外線の吸収・放出を阻害する方向に変化させればいいわけだ