低コストで水素生成へ 宮大・吉野教授 光電極材料を開発

燃料電池普及に期待

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 太陽光の照射で効率的に水を水素(H2)と酸素(O2)に分解する新たな光電極材料を、宮崎大工学部の吉野賢二教授が開発した。次世代のエネルギーを担う水素を低コストで生成できるため、燃料電池の普及にもつながり、大手自動車メーカーも注目している。

 光電極を使った水素生成は、太陽光エネルギーを利用して水と二酸化炭素(CO2)から炭水化物などの有機化合物を作り出す光合成を応用した、人工光合成の一つ。

 水素製造は水の電気分解が主流だが、触媒となる高価な白金に加え、多くのエネルギーも必要。このため、光電極などを用いて効率的でコストも抑えた製造方法の開発が進められてきたが、思うような成果は得られていなかった。
 そこで吉野教授が目を付けたのが、全国で宮崎大だけしか作製できないというバルク単結晶だ。一般的な多結晶より格段に結晶の質が高いため、光の吸収率が向上。新たな光電極の材料として、より高効率な水素生成につなげることができた。
 水素を燃料とする燃料電池は、化石燃料のように有害物質を排出せずエネルギー効率にも優れているため、SDGs(持続可能な開発目標)の観点からも注目される。

 宮崎大は大手自動車メーカーと共同で研究を始める予定。研究成果の一部は、米国の学術誌に掲載された。

 吉野教授は「光触媒や電気分解を使わず、バルク単結晶を使った人工光合成が実用化できれば高効率、低コストが期待できる。この技術を用いて宮崎から世界に水素社会を発信したい」と話している。

燃料電池車(FCV)
 水素と酸素の化学反応で電気を発生させモーターを動かして走る車。電気自動車(EV)と同様に走行中に二酸化炭素(CO2)を排出しないが、EVに比べて航続距離が長いのが強み。大容量の蓄電池を内蔵し、車自体が「電池」になるEVに対し、FCVはエネルギーの水素などを空気中の酸素と化学反応させて発電し動力とする構造。車のスイッチを入れて燃料電池を起動させれば電気がつくられ、災害時以外にもキャンプなど野外活動で活用されている。2014年にトヨタ自動車が世界で初めて一般向けの燃料電池車「ミライ」を発売した。

バルク単結晶
 単結晶は、物質を構成する最小の原子が規則正しく配列されている固体。バルクは「塊」の意味で、バルク単結晶は「単結晶の塊」のこと。この配列が不規則な固体を多結晶と呼ぶ。

宮崎大が作製したバルク単結晶。下は単結晶を薄くスライスしたもの