この画像を大きなサイズで見る植物や藻類は、太陽の光を浴びてそれをエネルギーにするという営みを数十億年も続けてきた。そう、光合成である。
そして科学者はこの古からの営みにひと工夫加えることで、化石燃料に太刀打ちできるくらいの効率を実現したエネルギー社会の到来を実現させようとしている。
光合成でできること
ご存知の通り、光合成とは、光を使って水を分解し、酸素を放出しつつ二酸化炭素を糖に変える変換プロセスのことだ。
植物や藻類などは、この方法で数十億年を生きてきたが、究極的には現在我々が大量に燃やしている化石燃料ができた原因でもある。
光合成はエネルギーを捕捉するという点においてあまり効率的とは言えない。植物は光のエネルギーのほんの数パーセントだけ利用できれば事足りるからだ。
だからこそ、彼らはそれに頼っていられるのだ。
さらに化石燃料として蓄えられたエネルギーを利用することにも問題がある。そうしてしまうと、そこに固着されていた二酸化炭素まで逃げてしまい、地球温暖化に繋がってしまう。
この画像を大きなサイズで見る酵素を使い半人工的な光合成を作り出す
ケンブリッジ大学の研究チームが発明したのは、生命の進化の過程で置き去りにされてしまったプロセスを呼び覚ますことで得られる半人工的な光合成だ。
その鍵を握るのが、ヒドロゲナーゼという酵素である。
これは藻類の中に存在し、陽子を水素に還元する力がある。
生命の進化において、生存にかならずしも必要なものではなかったためにその機能は使われなかったが、研究チームはこれを利用して、水を水素と酸素に分離することに成功した。
この画像を大きなサイズで見る二酸化炭素の放出が懸念される今、光合成を人工的に行いエネルギーを生産するという研究はかねてから行われてきた。
しかしこれには高価かつ有害な触媒を使う必要があり、効率の点でも劣っているために、大きな規模で実施することができなかった。
人工システムと有機プロセスを組み合わせる
研究チームのカタジーナ・ソクウ氏は、通常の電池ではなく、光化学系IIという集光生化学プロセスに基づいた電気化学電池を採用した。
これによってヒドロゲナーゼが働くために必要な電圧が生み出される。こうして機能するようになったヒドロゲナーゼによって水の中に水素が還元されると、水素が酸素から離れて、ぶくぶくと泡となって出てくる。
口で言うのは簡単だが、実際に人工システムと有機プロセスを組み合わせることは非常に難しい。
この画像を大きなサイズで見る研究チームの1人であるアーウィン・ライスナー氏によると、この成果は「生物学的要素や有機要素を無機素材に組み合わせる際のさまざまな難題を克服することで実現されたもので、将来的な太陽エネルギー変換システムの開発の可能性を開く」ものなのだそうだ。
もちろん、これが最終的なゴールではない。天然素材と人工システムの最適なバランスを見つけるなど、安価かつクリーンな再生可能エネルギーを実現するには、まだまだ研究が必要である。
しかも水素は貯蔵や輸送に課題を抱えているため、本格的な水素エネルギー社会経済の到来はずっと先のことだろう。
それでも我々が化石燃料に依存している限り、温暖化は深刻さを増すばかりだ。何事も千里の道も一歩から、である。
研究は『Nature Energy』に掲載された。
References:Scientists pioneer a new way to turn sunlight into fuel / written by hiroching / edited by parumo
光エネルギーは化学反応（もしくは酵素反応）に導いてこそ成果が得られる。太陽電池詐欺を早くやめて（あんなの原子力発電以下，SiO2の還元に莫大なエネルギー使ってるの考えたことある？アルミ缶って回収してるよね，これもAl2O3の還元に莫大なエネルギーがかかるから回収が効果ある）社会は冷静にこの辺を支援していってほしい。
※2
電力はエネルギーの「通貨」として有効なんですよ。照明や冷暖房など様々な用途に必要です。
太陽電池はもう何年も前から「製造に必要なエネルギー＜生み出すエネルギー」です。
で、酵素による人工光合成は日本でもかなり研究されてます。
光合成と言っても「水の電気分解で水素を作る」のと「二酸化炭素を還元して有機物に変える」の２つの目標に大別されます。
水の電気分解は、反応自体は単純ですが、白金電極が高価なため代替電極の研究が進んでいます。
二酸化炭素の還元は、反応が複雑で、植物がやっているブドウ糖の合成には至っていませんが、ギ酸、ホルムアルデヒド、メタノール、それにメタンやエチレンガスが得られており、その効率と選択性の向上が課題です。
酵素を使う方法は、高価なNAD系の薬品が必要で実用化は難しいのですが、酵素に代わって銅のナノ構造が良いらしいという結果が出始めています。
この研究が進めば、地球温暖化の対策になるほか、人類は無限ともいえる「プラスチックの原料」を得ることが出来ます。
油田が乏しい日本でも「空気からプラスチックを作る」ことが出来るわけです。
陽子を水素に還元て・・・凄く怪しい。水素水レベルの胡散臭さを感じる。
貯蔵や輸送に問題を抱えているのは電力も同じなので、解決はできるだろ。
※4
水素原子ってのは陽子と電子が一個ずつ組み合わさったモノ。陽子一個だけのときは、水素イオンと呼ばれたりもする。
水素イオンを水素原子に還元する(=電子を一個加える)と読み替えると、”陽子を水素にする”ってのは普通の事だ。
開発頑張ってください！応援してます
オーランチキチキってこんな感じだったよね（適当）
今どうなってるんだろう
※6 藻類オイルの実用化はまだハードルが多いよ。光合成タイプも非光合成タイプ（オーランチオキトリウム）も。
「藻」と書かれる事が多いから水草みたいのを想像しがちだけど（自分はそうだった）、実際は単細胞のプランクトン。水中に浮いてるのを細胞より細かいフィルターで漉しとってから油を搾らないといけない。
記事の方法で直接水素が発生するなら分離し易いだろうし、見込みは大きいかも。水素の運搬はギ酸を使うとか新方式が開発されてるからね。
ひとつ確認しておきたい事があるんだが・・・、本当に温暖化してるんだろうか？
「あっ、ゴッメーン寒冷化だったわ、来年から氷河期で」って言うのはなしにしてね。
※8
こういう記事に必ず「温暖化」って入れないと気がすまない人たちなんでしょ。
実際は人間の活動で変わるなんてのじゃなく、過去にもある地球の変化なだけなのにね。
また今年の冬も、「寒い！温暖化はどうした！？」ってみんな言うだろうｗ
※8
よく誤解されるが、温暖化は氷河期の到来を加速する
極地の氷を溶かし、海洋深層水の温度を下げ、気候を極端化させるからだ
このため温暖化の初期は夏暑く、冬寒くなり、春と秋は短くなって嵐に見舞われ、災害は激甚化する
まさに今のようにね
※8
実際温暖化は温室効果が発生する過程で逆に寒冷化にシフトする充分な可能性を持ってて
昔は温暖化と同時に寒冷化からの全球凍結の未来も指摘されてたんだが何時の間にか温暖化一辺倒の不自然な認識が広まってる
温暖化するってのはつまり大気中の水蒸気が多いということだが、同時に雲も大量に形成されてこれは太陽光を遮るってことなんだよね
そして温暖化って人間の活動による排熱で温かくなってるんじゃなく、温室効果で大気が熱を保持したまま、太陽から温められる地球の熱が逃げにくくなって起こるプロセス
じゃあ雲で太陽熱が遮断されたら…？
核の冬も同じように大気中の塵で日照が遮られて起こるの考えれば後はわかる
加えて温暖化で形成された大量の雨雲が全部雪になるんだ
うわー、自分がどんだけ光合成がわかってないかがよくわかった・・・(；´Д｀)
えーと、水と酸素を分離できたことはわかったけど、二酸化炭素を固定することもできたのかしら。当然できる、と思っていいの？
デンプンとか生産できるのかな。
うーん、なんかよう分からんけどがんばってくれ。
人工光合成は「究極の化学（科学）」と言われていたからね。
ちょっと前まではその原理ですら解明できていなかった。
ヒドロゲナーゼって言ってるし、ミトコンドリアの電子伝達系の話か。しかし、プロトンを「＞陽子を水素に還元する力」とか表現するってどういうこっちゃ。これのせいで意味わからん話になってる
ううむ…難しい！(苦笑)
だけど、この手の話聞くたび考えるのは(違ってたらスミマセン)、結局バランスかと…
プラス、マイナスとか光と闇とか、腸内細菌とかですら、どちらかが極端に悪でもないし、善でもないよね？
現代の感覚ってどちらかに異様に傾いている感じがするんだよなあ。
何が本当のことなのかわからなくなってきて？？？
真っ先に、何故か研究者が事故死したりしそうでやだなぁ という心配した
※17
それな
燃料関連は物凄い利権が絡んでるだろうし、社会的に守られて無い処から生み出されると正直不安がデカイ
そして安価でないと普及しない…
燃料資源のない国でトップを他国に買収される事がなければ上手く行くかも？
※19
現時点で巨大な利益を生む利権だから、それを亡き者にするような新技術は
利権が旨いうちは潰すロビー活動して、今導入するとコストガー結局エコじゃないとか肩書立派な通称知識人なんかやら使って妨害工作やるんだろうね
で、自分たちで潰しといてしっかり成果だけは保存しといて後々自分たちの利権にしてしまう
クリーンなエネルギーの研究は時代が変わっても続けて欲しい
地球温暖化なんてのが進むと、余り良い事は無いと思います
何時か太陽系を飛び立てる時が来るまで、地球は大切にしよう
未来に宇宙から水素が枯渇してしまうことを
今から考えていた方がいい
※22
宇宙には普遍的なものが2つある。水素と愚かさである － フランク・ザッパ
水素に関してはそのまま貯蔵するのではなく、メタンやエタンに
してやれば液化しやすくなるから貯蔵が簡単にできる。
工業原料としても使いやすいし。
既にコメントで出ているけど、化学でprotonと言ったらほぼ水素イオンのこと。
大学レベルの化学をやっている人なら気が付くと思う。