人工光合成は、電気を生成するための、自然の光合成プロセスを再現します。 自然のプロセスは２つの重要なステップ、または半反応を含んでいます。 最初は酸素とプロトン(水素)を生成する為に水分子を参加させます。 そして次のステップは、ブドウ糖を形成する為に、二酸化炭素と共に酸素を反応させます。 殆ど成功せず、研究者達は人工酵素の助けを借りて、２つのステップを切り離そうとしています。 最初の段階で生成する水素は、燃料電池で使用する事ができ、直接液体燃料に変換するか、多くの石油製品と似た分子構造の炭化水素を作るために、炭素分子に反応させます。
どんな違いがあるのか？
人工光合成は、エネルギー状況に革命を起こす事ができます。 これは大量のクリーンエネルギーを生産する事ができ、世界で開発中の多くのプロジェクトに、電力を与える事になります。 これだけではなく、二酸化炭素の過剰排出の直接的な原因である、大量の炭素排出量を消費し、気候パターンの変動を停止させます。
可能性
１．人工光合成： 太陽光を液体燃料に変え、本物に一歩近づく
水分子の解体は、自然光合成プロセスの重要なステップです。 ローレンス・バークレー国立研究所は今、酵素としてナノサイズ酸化コバルトの助けを借りて、人工的にこれが出来る事を示しています。 これについて彼等は、人工光合成は今後、容易に行う事ができるだろうと言います。 水の酸化作用で生成される水素は、二酸化炭素分子を燃料に変え、使用する事ができます。
２．合成葉は、人工光合成で電力を発電する
ＭＩＴとカリフォルニア大学、ミシガン大学の研究者チームは、少量の水で満たされたネットワークと、ガラスワッファーから作られた合成葉は、光合成のプロセスを通して、電力を生成する事ができます。 このために彼等は、同様のシステムを持つ植物を、人工的に開発しました。 主軸は、壁に取り付けられた電気回路に接続された金属版をもち、合成葉は主軸から水を得ます。 水は穴を通ってエッジに行き、そして蒸発します。
水ネットワークと主軸の帯電金属板は、システム内に２つの実行層を形成します。 それぞれが絶縁層で分かれています。 空気と水の電気的特性が異なるので、少量の電荷が生成されます。 これで、システムは１立方メートル当たり、２マイクロワットの電力を生成します。 しかしこの量は非常に少なく、あと少しの革新的なテクノロジーが完成すれば、環境に優しいエネルギーを生産するこのシステムの開発が可能になるでしょう。
傾向
１．人工光合成のプロセスは、１本の水であなたの家に電力を与える事ができる
マサチューセッツ工科大学(ＭＩＴ)の化学者ダン・ノセラは、１つの家庭に適応する電力は、１本の水と太陽光から生成する事ができると言います。 これは、人工光合成のプロセスで可能になるのです。 このためノセラは、水をその成分に分離する為に、特別な触媒を開発しました。 このプロセスは、太陽光と反応する事で、遊離水素原子を生産します。 遊離水素は燃料電池や、また直接液体燃料に変換する事ができます。 このプロセスは、１本の水から４時間で、３０キロワットの電力を生産する事ができると言われています。
２．将来のジェットに電力を与える人工光合成
パサデナのカリフォルニア工科大学の化学者ネイサン・ルイスは、新しい太陽光電池を開発し、これは大抵の作物より早い時間で、人工光合成をする事ができます。 この発明は直接太陽光から、ジェット機を推進させるエネルギーの代替となる燃料に変換します。 これは、水分子を水素ガスを生成する為に分離します。 しかし、プロセスの完成には、水素と二酸化炭素を組み合わせた航空燃料の構造と似た、ディーゼル分子や炭化水素分子の形成を必要とするので、底には制限があります。 現時点では、これを行うアプリケーションは、商業的プロセスにはありません。 ルイスは、これはこの４－５年のうちに出来ると考えています
３．カーボンナノチューブが、人工光合成を実現する
中国の河北師範大学の科学者達は、カーボンナノチューブが光合成のプロセスの重要な部分を模倣するする為に使う事ができると、証明しました。 このように、人工光合成実現に可能性を与えています。
光合成反応は自然に植物に起こるもので、このプロセスに必要なエネルギーを供給するために、幾つかの電子システムが係っています。 人工光合成を実現する為に、複数の電子システムを人工的に模倣する必要があります。 中国の科学者達は、光合成プロセスで電子レシーバ分子の代わりに、単層カーボンナノチューブで実現しました。 カーボンナノチューブが将来住宅の壁にコーティングされ、大量の人工光合成を実行するために、大気中の二酸化炭素を消費すると言われています。
