類似於植物的光合作用，利用水和二氧化碳（CO2）生成氫等能源的「人工光合作用」技術的研究正在日本推進。大阪公立大學人工光合成研究中心所長天尾豐教授以實施覆蓋住宅能源爲目標正在開發觸媒。2022年，已經成功利用人工光合作用的方法合成了樹脂原料。

大阪公立大學天尾豐教授

——正在研究用CO2製造可以提取氫氣的甲酸

「氫氣體積大且儲存成本高。我們首先將氫氣轉化爲體積較小且易於合成的甲酸，並嘗試透過分解甲酸得到的氫氣來供應住宅所需的能源。之後將分解出的CO2再次轉化爲甲酸，就能在住宅中實施碳中和。」

——計劃在2025年大阪·關西世博會上展出

「自2015年開始，我們與共同推進研究的飯田集團控股公司在沖繩縣宮古島建造了驗證用住宅，以檢驗能否僅透過人工光合作用提供能源。雖然因新冠疫情實驗一度中斷，但預計將在2023年度内開始實證實驗。我們還計劃利用實驗成果，在2025年大阪關西世博會上，透過飯田集團和大阪公立大學聯合參展的展館介紹人工光合作用技術。」

天尾教授開發的由CO2生成甲酸的裝置

——實際應用時存在哪些課題？

「最大的課題是成本過高。最初，需要一個足球場大小的區域（收集陽光）才能提供一棟房子所需的能源。在觸媒得到改進後，已經等比縮小至獨棟房屋的庭院大小的面積。然而與其他能源相比，成本仍然很高。不過，使用低價且高度耐用材料的觸媒本身的研究也在不斷取得進展。預計實用化成本應該會進一步下降。」

——還成功合成了樹脂原料

「就像植物透過光合作用從CO2中生成澱粉和葡萄糖一樣，我們嘗試能否以光合成的方式合成大分子樹脂材料。2022年之後，我們成功合成了生物降解樹脂的原料——羥基丁酸和富馬酸。目前兩者都是以石油爲原料進行製造。特別是，羥基丁酸可以用廢氣程度的低濃度CO2和丙酮合成。」

——製造樹脂原料有什麼優勢？

「由於羥基丁酸和富馬酸平均每個分子包含的碳原子比CO2多，如果以這些爲原料的樹脂能夠普及的話，就可以像森林一樣，將CO2長期固定在樹脂中。如果將廢棄時產生的CO2回收再合成的話，就可以減量大氣中的CO2。」

「未來，我們希望擴大到耐綸和聚酯等合成纖維原料方面。儘管存在耐久性等問題，但我們將不斷嘗試如何有效地結合CO2。」

擴大應用範圍，降低成本

自1967年發現用光照射水中的氧化鈦會產生氫的「本多·藤島效應」以來，使用光觸媒的人工光合作用技術被認爲是日本的優勢領域。利用水和CO2生成氫，合併成甲醇等的燃料等，用各種各樣的方法推動實際應用的開發在不斷推進。

天尾教授與飯田集團控股公司合作的住宅應用專案也是其中的一環。自2013年人工光合成研究中心成立10年後，其成果終於開始顯現。

天尾教授解釋說：「人工光合作用只是風力發電等再生能源的補充」，並不能取代核能和火力等當前的所有電流源。在擴大作爲基礎研究推進的樹脂材料合成等應用的同時，將繼續操作爲面向實際應用的關鍵——降低成本鋪平道路。

日文：鈴木卓郎、《日經產業新聞》、2023/5/1
中文：JST客觀日本編輯部