合成ガスとは、水素と一酸化炭素の混合ガスのことだ。合成ガスという言葉にはなじみがないかもしれないが、液体燃料をはじめ、プラスチックや肥料の製造に使われており、我々は毎日何らかの合成ガス由来の製品を利用している。通常、合成ガスは化石燃料から作られる。

その合成ガスを太陽光、水、二酸化酸素のみで製造しようとしたのが、Erwin Reisner教授率いる研究チームだ。今回、植物の光合成をヒントに、持続的な合成ガスの製造が可能な人工葉を開発した。従来の合成ガスの製造プロセスとは異なり、化石燃料を使用しないうえ、余分な二酸化炭素を大気中に放出しない。

研究チームが開発した人工葉は、触媒と2種類の光吸収体を組み合わせている。人工葉を水に沈めると、一方の光吸収体が触媒を利用して酸素を生成する。もう一方では、二酸化炭素と水がそれぞれ還元されて、一酸化炭素と水素が発生し、合成ガスができるというものだ。

鍵となったのは、コバルト触媒と、ペロブスカイト吸収体だ。コバルトは自然界に豊富に存在しているため手に入りやすい。それだけでなく、触媒材料として知られる白金や銀と比べて、効率よく一酸化炭素を発生させることができた。さらに、ペロブスカイト光吸収体から得られる高い光起電力と電流も、シリコンや色素増感材料から作られる光吸収体に比べ、二酸化炭素の還元を促進している。

その結果、この人工葉は雨や曇りの日といった日差しの少ない日でも、十分動作することが分かった。「夜明けから夕暮れまで、世界中どこでも使用できる」と、論文筆頭著者のVirgil Andrei氏は語る。

合成ガスは現在、ガソリンの代替となる液体燃料の製造に使用されている。研究チームは、液体燃料を効率的に、つまり二酸化炭素と水から1工程で製造する方法を模索している。「我々は、エタノールのようにすぐに燃料として使える製品を、サスティナブルに作り続けることを目標としている。太陽光と二酸化炭素の還元反応から1工程で液体燃料を作ることは難しい。しかし、我々は正しい方向に進み、正しい触媒を使っているという自信がある。近い将来、このプロセスを実証できるデバイスを作り出せると信じている」と、Andrei氏は語る。

（fabcross for エンジニアより転載）