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「人工光合成ハウス」実現へ、CO2を消費してエネルギー完全自給

7/13(木) 7:10配信

スマートジャパン

 戸建分譲住宅販売の飯田グループホールディングス(飯田GHD)は、大阪市立大学と共同で、世界初の人工光合成技術による「IG パーフェクトエコハウス」の実証実験を、2017年中に沖縄県宮古島で開始すると発表した。

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 実験用IGパーフェクトエコハウスは、飯田GHDのグループ会社、飯田産業(東京都武蔵野市)が宮古島市で建設中の大規模リゾート計画地内で建設しており、この実証実験で、太陽光エネルギーから水素を作り出し、発電給湯を行う技術を確立し、2020年に「人工光合成技術による二酸化炭素消費型の新しい住宅」の完成を目指す。

 現在、二酸化炭素(CO2)をはじめとする温室効果ガスによる環境汚染対策として環境低負荷型エネルギー循環システムの実現や、温室効果ガスを有効エネルギーに変換するシステムの開発が求められている。その方法の一つとして注目されているのが、太陽光エネルギーを利用し、CO2を新たな燃料に変換する人工光合成技術だ。

 この技術を戸建住宅に活用するため、飯田GHDは2015年に大阪市立大学人工光合成研究センターに共同研究部門を設立。今回建設する同エコハウスの建設は、「CO2の排出量を削減する」住宅の省エネ化にとどまらず、この技術を活用した「CO2を消費する」住宅の供給実現に向けた第一歩と位置付ける。

 今回の研究はCO2から水素源となるギ酸を生成・貯蔵し、このギ酸から水素を生成して電気を作ることが実現できれば、新たな人工光合成の応用技術になると考え開始した。この人工光合成技術により、ギ酸から生成した水素で発電した電気で、家庭の消費電力の全てを賄えれば、環境に優しい未来住宅が実現できる可能性がある。飯田GHDでは「政府が促進するゼロエネルギーハウスより、更に高い目標レベルを見据えている」と積極的な姿勢をみせる。

 これまでも、太陽光エネルギーを利用してCO2と水からギ酸を生成する技術は研究されていた。しかし、その反応効率の向上や反応が溶液系に限られているなど実用化に必要な課題が多く残されたままだった。

カギとなる2つの技術

 同大学と飯田GHDによる共同研究部門は、2017年に「太陽光エネルギーを利用して高効率でギ酸を生成・貯蔵し、このギ酸から水素を生成する人工光合成技術」と「生成した水素から高効率で発電する技術」の2つを開発した。

 特に太陽光を利用したギ酸および水素の生成技術については、色素・ビオローゲン・ギ酸脱水素酵素による太陽光駆動型二酸化炭素ーギ酸変換系を金属酸化物基板上にデバイス化することに成功。さらに金属酸化物として酸化チタンを用いることで、ギ酸の生成効率が従来比約6倍に向上した。また、酸化チタンを用いる事で、ギ酸脱水素酵素が不要となる事も発見した。現在は最適なビオローゲンを用いることで、生成効率は約12倍まで向上しているという。

 酸化チタン薄膜基板上に色素・ビオローゲンを担持したデバイスの採用によるギ酸生成の高効率化により、例えば戸建住宅の屋根に搭載したギ酸生成装置で得られたギ酸を貯蔵し、更にギ酸を水素に変換、発電する事で、住宅が消費する電力をすべて賄う事が出来る可能性が高まったという。

 従来の太陽光発電では、晴天の昼間に発電した電気を雨天時や夜間に使うには蓄電池が必要な上に、電力の状態で保存するため、充放電ロスもみられた。一方、今回の人工光合成技術では、太陽エネルギーでギ酸を作り、これをタンクに貯蔵し、電気が必要なときにギ酸から水素を生成し発電するため、それらのような問題もみられない。また、CO2の排出を抑制することはもとより、CO2の活用が可能となるとしている。