植物は、気候変動との闘いにおいて人類の最大の味方である。植物は二酸化炭素を吸収し、それを葉や枝へと変換する。人類が植える木が多いほど、大気中の熱を閉じ込める炭素汚染は減る。残念ながら、植物は大量の水と土地を必要とするため、人類は炭素をすべて引き下げるのに役立つ新たな味方を見つける必要があるかもしれない。
新たな研究によると、ドイツの科学者チームによる研究は、人工光合成がその助けになる可能性を示唆している。科学者たちは、まだ実用化するには高価すぎるこの技術への投資を世界に促している。
人工光合成は、植物を自然に動かしているプロセスを模倣するものである。本物と同様に、この技術は食物として二酸化炭素と水を、エネルギー源として太陽光を利用する。ただし、その二酸化炭素と水を葉や枝に変えるのではなく、アルコールなどの炭素を多く含む製品を生み出す。このプロセスでは、太陽光を吸収し、水に溶けた二酸化炭素のプールへ電気を伝える特殊な種類の太陽電池を使用する。触媒が化学変化を促進し、酸素と炭素系の副産物を生み出す。
「酸素はその後、植物と同様に大気中に放出される。もう一つの生成物は回収・貯蔵され、例えば枯渇した油田に貯留される」と、ベルリンにあるHZB太陽燃料研究所の物理学者で、Earth System Dynamics誌に掲載された本論文の共著者であるマティアス・メイ氏は語った。HZB太陽燃料研究所は、人工光合成が自然の光合成よりも効率的であることが判明したと述べた。「大きな違いは、そのために人工的な無機材料を使用している点であり、これにより実効的にはるかに高い変換効率が得られる」と、同氏は付け加えた。「高い効率は、土地と水の占有面積がはるかに小さくなることにつながるため、これは刺激的だ」。科学者たちは、これらの人工の葉を、すでに二酸化炭素を回収する木や農場がない砂漠に設置できる可能性があると述べている。
「これまで、人工光合成のコミュニティの主な焦点は［太陽燃料］であった」と、太陽光と二酸化炭素を利用して液体燃料を製造することだとメイ氏は述べた。問題は、太陽燃料が燃焼されると、その中に蓄えられた炭素が大気に戻ってしまうことである。しかし、メイ氏が提案する手法は、その炭素を地下に貯留する方法を提供するものである。つまり、熱を閉じ込める二酸化炭素を再利用するのではなく、科学者たちはそれを地中に埋め、地球を冷却することになる。しかし現時点では、いかなる形であれ炭素回収は依然として非現実的で高価である。化石燃料の使用を抑制することが、気候変動を抑える最も安価で効果的な方法であることに変わりはない。
「排出の抑制は、常にもっと安価で魅力的な手法であり続けるだろう」とメイ氏は述べた。「しかし、新たな［炭素回収］技術、特に我々が恐らく必要とする膨大な規模への技術の開発には数十年かかり、2030年という早い時期にそれらの導入を始めなければならないかもしれないため、我々は先送りせず、今すぐ選択肢を検討・評価しなければならない」。気候変動を止めるためのより控えめな提案でさえ、2050年までに年間100億トンの二酸化炭素を除去することを求めている。これは、2018年に人間が排出した炭素汚染の約4分の1に相当する、とメイ氏は述べた。
自然の光合成でこれらの目標を達成するには、必要とされる水と土地の量を考えると困難である。人工光合成は実行可能な代替手段となり得る。メイ氏は、ハワイとほぼ同じ大きさの地域を人工の葉で覆えば、炭素を最も大量に消費する植物で覆われたヨーロッパほどの面積と同量の二酸化炭素を回収できると述べた。
技術的な課題は、安価で効率的な触媒と耐久性のある太陽電池を開発することである。「これには、核融合エネルギーに似た、長期にわたる世界規模の研究努力が必要になるだろうが、それが適切な時期に成功を保証するものではない」と同氏は述べた。各国はまた、その資金を調達する方法を見つける必要もあるだろう。
人工光合成は、多くの可能性の一つに過ぎない、とメイ氏は述べた。「現時点では、どの技術が最も実現可能性が高いかを言うのは難しい」とメイ氏は述べた。しかし、人工光合成は最も高価なものの一つかもしれないが、「この技術の潜在力は計り知れない」とメイ氏は述べた。
