豊田中央研究所、人工光合成で世界最高の太陽光変換効率7.2％を実現

CO2の再資源化を目指す

　豊田中央研究所は4月21日、太陽光のエネルギーを利用してCO2と水のみから有用な物質を合成する「人工光合成」を36cm角の実用太陽電池サイズのセルで実施し、このクラスで世界最高となる太陽光変換効率7.2％を実現したと発表した。また、この成果はエネルギー関連の国際学術誌「Joule Vol.5,No.3,2021」（英文）に掲載された。

　豊田中央研究所の人工光合成は、半導体と分子触媒を用いた方式で、CO2の還元反応と水の酸化反応を行なう電極を組み合わせることで、常温常圧で有機物（ギ酸）を合成する技術。2011年に行なった世界初の原理実証では、太陽光変換率は0.04％だったが、2015年には1cm角サイズで、植物を大きく上まわる変換効率4.6％（当時世界最高）を実現している。

　また、この技術を社会実装するためには、人工光合成セルの変換効率を低下させずに拡張することが必要となるが、これまでは技術的に困難とされていた。そこで豊田中央研究所は、基本原理はそのままに、太陽電池で生成した電子量とのバランスがよいサイズに電極面積を拡張するとともに、ギ酸合成に必要な電子、水素イオン、CO2を電極全面に素早く途切れることなく供給して、ギ酸合成を促進できる新しいセル構造と電極を開発。

　その結果、36cm角の実用サイズで、このクラスでは世界最高の変換効率7.2％を実現。さらにこの新セル構造は、より大きなサイズにも適用可能とのこと。

36cm角の人工光合成セル

　豊田中央研究所は、将来的に工場などから排出されるCO2を回収し、この人工光合成で再び資源化するシステムの実現を目指すとしている。