杉山研究室: 東京大学 先端科学技術研究センターEnglish

Fahd S. Khan，藤井 克司（理研），中野 義昭，杉山 正和

CO2の排出抑制が地球温暖化抑制のために重要な課題となっている．一方で，CO2を電気化学的手法で還元して可搬性に優れた液体の炭化水素を製造することが可能であり，数十年にわたり先駆的な研究が続けられてきた．還元の駆動力である電力を太陽光発電や他の再生可能発電により賄うことができれば，CO2還元により生成した炭化水素は太陽光エネルギーの缶詰め，すなわち「太陽光燃料」とみなすことができる．本技術は，人類のエネルギー供給を化石燃料依存から脱却させ，より持続可能な太陽光ベースのエネルギー供給にシフトすることを可能にする，きわめて必要性の高いものであるといえる．

先行するCO2飽和電解液を用いた電気化学還元では，様々な電極が試され炭化水素の選択的生成に適したCuなどの材料が見いだされてきた．しかし，いずれも高電流密度下では過電圧が大きかったり，水素に対する炭化水素生成物の選択率が下がったりと実用に向けた課題が依然大きい．我々は，意図的に欠陥を含む材料のCO2還元特性に注目し，カルコゲナイド，導電性のガラス，さらにグラフェン酸化物などを試している．

さらに根本的に水素に対する炭化水素生成物の選択率を向上させるためには，燃料電池の機構を取り入れた新規な電気化学反応器が必要であると我々は考える．隔膜を通したプロトンの輸送抵抗により，還元電極電極付近のプロトン濃度を抑制し，炭化水素の生成に適したCO2，プロトン濃度を実現できる．このような炭化水素生成に適した反応環境のもとで炭化水素を選択的に還元生成できる電極触媒を開発することで，実用に耐えうるCO2還元装置を開発できると考えている．

同時に，高効率太陽電池と電気化学還元装置の組み合わせによる太陽光CO2還元のフィールドテストも推進している．これらの研究開発は，理研（日本），プリンストン大学（米国），サンクトペテルブルク大学（ロシア）と連携しながら進めている．