日産自動車が人工光合成における光エネルギーの利用効率を向上させる光の短波長化材料を開発。二酸化炭素の再資源化を促して化石燃料依存を低減へ

固体フォトンアップコンバージョン材料
日産自動車はこのほど、東京工業大学(東工大)と共同で人工光合成の効率を向上させる高性能な光の短波長化材料(固体フォトンアップコンバージョン材料:以下UC材)を開発したと発表。UC材は安定な固体で、高い波長変換効率を持ち、光触媒と組み合わせることで人工光合成に利用可能な光エネルギー量を増大させる。この技術により、排出された二酸化炭素を原材料として利用することで、樹脂製造等における化石燃料への依存を低減することが期待される。

自然太陽光強度の数分の1という極めて低強度な光であっても、長波長な光を非常に高い効率で幅広い人工光合成で利用できる短波長な光に変換する材料を開発

日産は、2050年までにクルマのライフサイクル全体でのカーボンニュートラルの実現を目指している。今回、同社はそのライフサイクルの一部である部品製造時の二酸化炭素排出量を削減するため、二酸化炭素を再資源化する人工光合成の技術に着目。人工光合成は、光エネルギーを光触媒に与えることで水を酸素と水素に分解し、その水素と二酸化炭素を反応させて、樹脂の原料となるオレフィン(※)等を合成することを可能とする。
※エチレン・プロピレン・プタジエンなどの高分子化合物を総称する「不飽和炭化水素」。クルマ用部品の代表的なものとしてはPP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)などがある

固体フォトンアップコンバージョン材料(UC材)

太陽光には様々な波長の光が含まれるが、人工光合成に利用できるのは光触媒が吸収できる青色や紫外光に近い短波長の光のみ。長波長の光は利用できないため、その効率は高くなかった。光触媒にUC材を組み合わせると、従来利用できなかった長波長の光を利用可能な短波長の光へと変換することが可能となり、水素や樹脂原料などの生産量を高めることができる。しかし従来のUC材は可燃性の液体であることが多く、固体化した場合でも一般に効率や光照射に対する耐久性が低く、酸素を遮蔽した環境や集光した高い強度の光を必要としていた。

人工光合成のプロセス

日産と東工大は今回、独自に着想した熱力学的に安定な固体相を用いることにより、自然太陽光強度の数分の1という極めて低強度な光であっても、長波長な光(緑色から黄緑色の光)を非常に高い効率(理論上限の約30%)で、幅広い人工光合成で利用できる短波長な光(青色の光)に変換する材料を開発した。この技術により同社は、人工光合成の課題であった光利用の効率を高め、二酸化炭素の再資源化を促進し、カーボンニュートラルな社会の実現に貢献することを目指していく。

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