これは、21世紀の化学における「聖杯」の一つと評されてきた。
ビル・ゲイツは、その可能性を「魔法のよう」と評した。
また、世界経済フォーラムが選ぶ2017年の「注目すべき新興技術トップ10」の一つでもある。
これは太陽エネルギーを利用してエネルギーを生み出す技術だが、太陽光パネルを使うという、私たちが想像するような方法ではない。ゲイツが語っていたのは、人工光合成（AP）である。
自然界では、植物は日光を利用して水と二酸化炭素から炭水化物を作る。このプロセスを人工的に模倣し、エネルギーを豊富に含む燃料や化学物質を生み出すこともできる。つまり、APは近い将来、車を動かすだけでなく、都市全体にエネルギーを供給し、化石燃料への依存を終わらせる可能性がある。
では、どのように機能するのだろうか。
APは太陽エネルギーを使って水と二酸化炭素を分解し、水素、酸素、炭素を生み出す。水素はそのまま燃料として使うことができ、また、これらの元素を組み合わせてメタノールなどの液体燃料を作ることもできる。
APによる液体燃料が特に魅力的なのは、電池が依然として液体燃料に比べて比較的重く、かさばるためだ。
しかし、人工光合成の商業化に向けた最大の障壁の一つは、投入物を変換する効率だった。自然の光合成では、太陽エネルギーの約1%しか植物が使う炭水化物に変換されず、この効率では商業化にはほど遠い。
これまで、実験室環境で行われたAPでは、この効率が10%以上に高められている。
しかし、オーストラリアのメルボルンにあるモナシュ大学の研究者たちは、APのプロセスを用いて水素を効率22%という記録的な水準で生産し、さらに大きく前進した。このプロセスでは、太陽光発電による電流を水に流し、水素を分離する。
グリーンエネルギーに新たな展開
「水素は燃料電池で直接発電するために使えます」と、モナシュ大学のARC電気化学材料科学卓越研究センターでエネルギー・プログラムを率いるダグ・マクファーレン教授は話す。
「燃料電池式の電気自動車は、複数の自動車メーカーから発売され始めています。水素は、家庭で屋根の太陽電池から得たエネルギーを蓄えるための、安価なエネルギー貯蔵技術として使うことさえできます。」
モナシュ大学のこの画期的な成果で特に期待されるのは、不純物を含む河川水を使ってもプロセスが機能する点であり、さまざまな地理的地域で導入できる。
一方、メタノールは内燃機関で使える最も単純な炭化水素である。
中国が先導
中国は、世界最大のメタノール消費国であり、すでにガソリンに15%以下の割合で混合してガソリンスタンドで販売している。また、国内各地のタクシーやバスの車両では、メタノールを最大85%含む混合燃料が使われている。
中国はメタノール利用で世界をリードしているだけでなく、米国エネルギー情報局（EIA）によると、生産能力も拡大している。
メタノールをガソリンに混合すれば、中国の精製業者はガソリンの供給量を大幅に増やせる。
メタノールの体積当たりのエネルギー量はガソリンの50%にすぎないものの、汚染をもたらす化石燃料に代わる有望な選択肢である。
中国で最も人口の多い都市、上海と、同国の23省のうち13省は、メタノールを5%から100%まで含む混合燃料について、地域基準を承認している。
メタノールはガソリンに変換できるが、中国ではガソリンに混合する方法に比べ、はるかに一般的ではない。
他の地域では、この技術の基本原理を用いて、CO2濃度が低くても多種多様な燃料や化学物質を生み出す研究が進められている。
スペインのアリカンテ大学のハビエル・ガルシア＝マルティネス教授は、ハーバード大学で行われた人工光合成プロセスの応用例について説明している。そこでは代謝を操作した細菌を使い、土壌中で窒素系肥料を直接生成した。この方法は、従来の肥料を容易に入手できない地域で作物の収量を増やす可能性がある。
将来は、こうした細菌が水の分解で生じた水素を「呼吸する」ようになり、細菌の特定の代謝設計に応じて、水素を使って燃料から肥料、プラスチック、医薬品まで、さまざまな製品を生み出すことが想定されている。
持続可能な燃料の未来
とはいえ現時点では、世界各地の研究チームが光合成の基本原理を解明し、工業プロセスとして大規模に再現するための研究を続けている。
「水の電気化学的分解は、究極的に持続可能な燃料となる水素を、安価でクリーンかつ再生可能な方法で供給できる可能性があります」と、モナシュ大学化学部のレオーネ・スピッチア教授は話す。
「今回の画期的な成果は、これを現実にするために一歩前進したという点で重要です。」
（ダグ・マクファーレン教授が自身の研究について語る動画「太陽光を収穫する」：https://www.youtube.com/watch?v=9qdA3pEynIw#action=share ）
