千葉大学が発表した光触媒、CO2から燃料への変換を可能にする

千葉大学が発表した光触媒技術の可能性

千葉大学の大学院融合理工学府から出た研究チームは、CO2を新たなカーボンニュートラル燃料に変換する光触媒技術の開発に成功しました。この技術により、二酸化炭素や一酸化炭素を原料とし、それぞれ別の目的に応じた炭化水素を生成することが可能となります。

研究の背景

この研究を行ったのは、ルミシタリク氏、石井蓮音氏をはじめとする一団で、彼らの目指すものは、持続可能な社会の実現です。光エネルギーなどの再生可能な資源を基にして、CO2を燃料や化学原料に変換することができれば、新たなカーボンニュートラルサイクルが形成できると考えられています。

技術の概要

光触媒として用いられたのは、コバルト（Co）と酸化ジルコニウム（ZrO2）の混合物です。この触媒は、紫外可視光を照射することで、CO2から炭素数1～3の飽和炭化水素（C1~3パラフィン）を生成できることが実証されました。また、一酸化炭素（CO）からは、エチレンやプロピレンといった炭素数2、3の不飽和炭化水素を生成可能という結果も得られました。これにより、用途に応じて目的の生成物を選び取ることができるのです。

特に、C1~3パラフィンはカーボンニュートラルな燃料として有望視されており、エチレンやプロピレンは持続可能な社会において高付加価値な原材料とされています。

価格とコストの考察

CO2を還元する技術の経済性も注目すべき点です。C1化合物のCOやメタンの価格は低く抑えられていますが、C2、C3の炭化水素になると、コストが高くなるため、適正価格で市場に投入できるシステムの構築が求められます。この課題をクリアするためには、光触媒の製造コストや還元反応装置の経済性も重要な要素となるでしょう。

実験結果とその意味

研究チームは、さまざまな条件下で光触媒の性能を試験しました。まず、Co-ZrO2光触媒によるCO2還元試験を行った結果、メタンとともに副生成物としてエタンやプロパンも得られました。そのプロセスを理解するために、同位体標識を用いた実験が行われ、生成物の確認がされました。

更に、13COを用いた試験では、4時間後にエチレンが選択的に生成される結果が得られました。これらの成果は、光触媒が持つ選択的生成能力を示すものであり、今後の研究においても活用が期待されます。