純度高い水素取り出す大規模実験に成功「光触媒」の働き活用

太陽の光を当てることで水を水素と酸素に分解する「光触媒」の働きを活用し、100平方メートルの規模で純度の高い水素を安全に取り出す実験に、東京大学などの研究チームが成功しました。広範囲での実験は過去に例がないということで、次世代のエネルギーとして注目される水素を大量かつ低コストで作る技術につながる成果として期待されます。

実験に成功したのは、NEDO=新エネルギー・産業技術総合開発機構と東京大学・信州大学などの研究チームで、ことし8月、国際的な科学雑誌「ネイチャー」で発表しました。

研究チームは、太陽の光を吸収して物質の化学反応を促進させる「光触媒」の働きを活用して水を水素と酸素に分解する物質を使った技術開発に取り組んでいます。

今回試したのは、この物質を付着させたパネルを屋外に設けて水を注ぎ、太陽の光を受けて発生した水素と酸素が混ざった気体から穴の空いた膜を通すことで水素だけを抽出する実験で、おととしから2年ほど実施してきました。

水素は、酸素と結びついて火に触れると燃焼したり爆発したりするため、取り扱いが難しい気体ですが、実験の結果、発生した水素の7割以上をおよそ94%という高い純度で安全に取り出せたということです。

研究チームによりますと、100平方メートルの規模で水素の取り出しに成功したのは世界で初めてだとしていて、水素を大量かつ低コストで作る技術につながると期待できる一方、さらに効率よく取り出すための新たな物質の開発が実用化への課題だとしています。

研究チームのメンバーで、東京大学の堂免一成特別教授は「こうした大規模な実験は爆発の危険性があるため世界でも例がなかったが、安全に取り扱える方法を考え、装置を開発した。早く実用化して、安い水素を大量に世の中に提供したい」と話しています。

光触媒とは

「光触媒」とは、光を当てると周りの物質の化学反応を促進させる物質です。

代表的な物質としては、白い塗料や化粧品などに使われる「酸化チタン」がよく知られています。

紫外線が当たると、水を水素と酸素に分解するメカニズムが発見されて以降、「酸化チタン」は有機物の分解にも応用され、汚れや臭いの除去のほか、抗菌作用などを得られることから「光触媒」の技術は日常の生活にも幅広く活用されています。

水素の特徴は

水素は化石燃料と異なり、燃やしても二酸化炭素を排出しません。

また、水を「電気分解」することで水素を取り出すことができます。

こうした特徴から「脱炭素化」につながるほか、余剰の電力が生じた場合にも、「電気分解」によって水から水素を取り出す技術が確立されれば、余った電力を水素に変換して蓄えることも可能になります。

一方で、水素は天然ガスなどと比べて生産コストが高いのが課題で、経済産業省では「脱炭素社会」の実現を目指す2050年までに水素の価格を技術革新などによって現在の5分の1以下にする目標を掲げています。

水素「製造」の現状は

世界で供給される水素の大半は天然ガスなどの化石燃料から取り出す方法で製造されています。

ただ、この方法では製造過程で二酸化炭素も発生するため、「脱炭素化」に向けては、回収して地中に埋める技術などと組み合わせる必要があります。

このため、将来的には、再生可能エネルギーを使って二酸化炭素を出さずに水素を製造する技術が重要です。

現在、有力視されているのが水を「電気分解」して水素を取り出す「水電解装置」の開発で、国内外で技術開発が進められています。