【未来の素材】「人工光合成」は、CO2を「資源」に変える、夢の技術となるか？

はじめに：植物の、偉大な「発明」を、人間は、超えられるか

地球上の、全ての、生命を、支える、最も、重要な、化学反応。

それが、植物が、行う「光合成」です。

太陽の、光エネルギーを、使って、空気中の「二酸化炭素（CO2）」と「水（H2O）」から、糖などの、有機物（エネルギー）と、酸素（O2）を、作り出す。

この、自然界の、驚くべき、仕組みを、人間が、人工的に、再現し、あわよくば、その、効率を、超えよう、という、壮大な、科学的な、挑戦。

それが、「人工光合成」の研究です。

もし、この、夢の技術が、実現すれば、厄介者の、CO2は、一転して、価値ある「資源」へと、変わり、エネルギー問題と、気候変動問題を、同時に、解決する、切り札と、なるかもしれません。

人工光合成の、最終的な、目標は、太陽光エネルギーを、利用して、水と、CO2から、社会に、有用な、化合物を、直接、作り出すことです。

その、アプローチは、様々ですが、多くは、以下の、二つの、プロセスを、組み合わせることを、目指しています。

水を、分解し「水素」を、作る：
まず、特殊な「光触媒」と呼ばれる、物質に、太陽光を、当てます。

すると、光触媒は、その、光エネルギーを、使って、水を、酸素（O2）と、水素（H2）に、分解します。

（これは、まさに、植物の、光合成の、前半部分（明反応）を、模倣したものです。

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CO2と、水素から「有機物」を、合成する：
次に、この、生成された「水素」と、工場などから、回収した「CO2」を、別の、触媒を、使って、化学反応させ、様々な、有用な、有機物を、合成します。

・プラスチックの、原料：オレフィン（エチレン、プロピレン）など。

・燃料：メタンや、メタノールなど。

この、二つの、ステップを、一つの、システムで、シームレスに、行う、高効率な「人工葉（Artificial Leaf）」のような、デバイスの、開発が、世界中で、競われています。

この技術が、もし、低コストで、大規模に、実用化されれば、私たちの、社会は、一変します。

CO2の「資源化」：これまで、コストを、かけて、地中に、埋める（CCS）しかなかった、CO2が、様々な、化学製品を、生み出す、価値ある「資源」となります。
「炭素循環社会（カーボンリサイクル）」が、実現します。
エネルギーと、食料の、生産：砂漠などの、土地でも、太陽光と、水と、大気中のCO2さえあれば、燃料や、食料（デンプンなど）を、生産することが、可能になるかもしれません。
究極の、分散型エネルギーシステム：各家庭や、ビルが、それ自体、小さな「化学工場」となり、太陽光から、直接、必要な、エネルギーや、素材を、作り出す、自給自足の、エネルギーシステムが、実現するかもしれません。

しかし、この、夢の技術の、実現への、道のりは、まだ、長く、険しいものです。

エネルギー変換効率：現状の、人工光合成の、エネルギー変換効率（太陽光エネルギーを、化学エネルギーに、変換する、効率）は、まだ、1%にも、満たない、レベルのものが、多く、植物の、光合成の、効率（約0.2〜2%）と、同等か、それ以下です。
これを、実用的な、レベル（10%以上）まで、引き上げるには、画期的な、触媒の、開発が、不可欠です。
耐久性と、コスト：高性能な、光触媒は、高価な、貴金属を、使うことが多く、また、長時間の、使用で、劣化してしまう、という、耐久性の、問題も、あります。
安価で、安定した、材料の、開発が、求められます。

人工光合成は、まさに、科学技術の、粋を、集めた、人類の、知的な、フロンティアです。

その、本格的な、実用化は、2040年代、あるいは、2050年以降の、話になるかもしれません。

しかし、その、研究開発の、プロセスで、生まれる、新しい、科学的な、発見や、技術的な、ブレークスルーは、他の、様々な、クリーンテック分野（例：グリーン水素製造、触媒技術など）にも、波及効果を、もたらします。

38億年という、歳月を、かけて、植物が、完成させた、完璧な、化学システム。

その、深遠な、叡智に、どこまで、人間は、迫り、そして、超えることが、できるのか。

その、果てしなき、挑戦の、先にこそ、エネルギーと、資源の、制約から、人類が、完全に、解放される、真の、持続可能な、未来が、待っているのかもしれません。