東京大学

NEDOなど　酸素生成光電極を開発、太陽光で水を高効率に分解

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2019年2月13日

　新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と人工光合成化学プロセス技術研究組合（ARPChem）はこのほど、東京大学とともに、窒化タンタル（Ta3N5）光触媒を使い、太陽光で水を高効率に分解できる赤色透明な酸素生成光電極の開発に成功。水の分解反応による水素/酸素製造で、世界トップレベルの太陽光エネルギー変換効率5.5％を達成した。

　ARPChemには三井化学・三菱ケミカル・富士フイルム・国際石油開発帝石・TOTO・ファインセラミックスセンターが参加している。

　この成果は、今回開発に成功した窒化タンタルからなる赤色透明な酸素生成光電極と水素生成光電極を組み合わせた、2段型構造の水分解用タンデムセルを構成することで得られた。エネルギー変換技術としての人工光合成の有用性を示すものとなっている。

　今回開発した酸素生成光電極は、より波長の長い光を水分解に利用できる水素生成光電極との組み合せに適しているという。今後は光電極のさらなる高性能化と水分解用タンデムセルの構造最適化を進め、2021年度末までに、目標とする太陽光エネルギー変換効率10％の達成を目指す。

　NEDOは、太陽光のエネルギーを利用して水から生成した水素と工場などから排出されるCO2から、プラスチック原料などの基幹化学品（C2～C4オレフィン）を製造する基盤技術開発に取り組んでいる。同プロセスを実現するためには、光触媒のエネルギー変換効率の向上が重要なカギとなっている。

NEDOなど　光触媒で世界最高の水素生成エネルギー変換効率を達成

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2018年10月23日

　新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と人工光合成化学プロセス技術研究組合（ARPChem:アープケム）はこのほど、東京大学と太陽電池材料として知られるCu（In,Ga）Se2（略称:CIGS）をベースとした光触媒で、非単結晶光触媒の中で世界最高の水素生成エネルギー変換効率12.5％を達成したと発表した。

　今回開発した水素生成光触媒と、従来のBiVO4からなる酸素生成光触媒で二段型セルを組み立て、疑似太陽光照射下での水の全分解反応を試みたところ、太陽光エネルギー変換効率は3.7％を達成。この値は、2016年に公表された太陽光エネルギー変換効率の23％増に相当する。

　光触媒は太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する機能性材料。太陽光の強度のピークは主に可視光領域（400~800㎚）にあるため、この波長域の光を吸収する光触媒ができれば、効率よく太陽光のエネルギーを利用できる。

　しかし、従来の光触媒は、吸収波長が主として紫外光領域（~400㎚）に限られるものが多く、可視光から赤外光領域にかけての光を利用できるように、光触媒の吸収波長の長波長化が課題の1つだった。

　このため、従来よりも長波長の光を吸収する光触媒材料として、硫化物やセレン化物といったカルコゲナイド系材料の開発を進め、CIGSベースの光触媒開発に至った。

　NEDOなどは今後、高性能な酸素生成光触媒を開発し、今回の研究で得られた水素生成光触媒と組み合わせることで、2021年度末までに太陽光エネルギー変換効率10％の達成を目指す。

　なお、アープケムは国際石油開発帝石、TOTO、ファインセラミックスセンター、富士フイルム、三井化学、三菱ケミカルの5社1団体が参画する研究組合。太陽光の下、①光触媒による水の分解で水素／酸素を製造し②分離膜を用いて水素を安全に分離し③合成触媒を用いて水素と二酸化炭素から化学品原料である低級オレフィンを製造する人工光合成型の化学プロセスを確立し、化石資源からの脱却や資源問題・環境問題の解決を目指す目的で、2012年に設立された。

　NEDOなどとともに、環境に優しいモノづくりを実現するため、太陽光のエネルギーで水から生成した水素と、工場などから排出される二酸化炭素を合成して、プラスチック原料などの基幹化学品（C2~C4オレフィン）を製造する人工光合成の研究開発を進めている。

ＮＥＤＯ　次世代浮体式洋上風力発電システム実証機が完成

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2018年9月10日

　新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）はこのほど、丸紅などとのコンソーシアムで、日本初のバージ型浮体に風車を搭載した次世代浮体式洋上風力発電システム実証機を完成させた。

　同システム実証機は水深50ｍ程度の浅い海域でも設置が可能なバージ型と呼ばれる小型浮体を採用し、コンパクトな２枚羽風車を搭載。今後、北九州市沖設置海域に向けて曳航し、係留、電力ケーブルの接続を行い、試験運転を行った後、今秋から実証運転を開始する予定だ。

　洋上風力発電は風車を支える基礎構造の形式により、海底に基礎を設置する「着床式」と、基礎を海に浮かべる「浮体式」に大別される。ＮＥＤＯが実施した調査では、日本近海で洋上風力発電が導入可能な着床式と浮体式を比較すると、浮体式は着床式の約５倍の導入可能面積がある。

　しかし、世界的に商用化が進んでいる浮体式の一つであるスパー型は100m程度の水深が必要であるため、水深50～100ｍの範囲で着床式に対してコスト競争力のある浮体式の開発が課題となっていた。

　こうした中、ＮＥＤＯでは2014年度から、同水深海域で適用可能な低コストの次世代浮体式洋上風力発電システム実証研究を開始し、実証海域の選定、浮体の設計、製造などを行い、今年６月にバージ型と呼ばれる小型浮体を製作。今回、ＮＥＤＯと丸紅などのコンソーシアム（日立造船、グローカル、エコ・パワー、東京大学、九電みらいエナジー）は、このバージ型浮体にコンパクトな２枚羽風車を搭載した日本初のバージ型浮体式洋上風力発電システム実証機を完成させた。

　今後、北九州市沖15ｋｍ、水深50ｍの海域に設置を行い、試験運転の後、今秋から2021年度までの予定で実証運転を開始する。なお、発電した電力は九州電力の系統に接続する予定だ。