类似于植物的光合作用，利用水和二氧化碳（CO2）生成氢等能源的“人工光合作用”技术的研究正在日本推进。大阪公立大学人工光合成研究中心所长天尾丰教授以实现覆盖住宅能源为目标正在开发催化剂。2022年，已经成功利用人工光合作用的方法合成了树脂原料。

大阪公立大学天尾丰教授

——正在研究用CO2制造可以提取氢气的甲酸

“氢气体积大且储存成本高。我们首先将氢气转化为体积较小且易于合成的甲酸，并尝试通过分解甲酸得到的氢气来供应住宅所需的能源。之后将分解出的CO2再次转化为甲酸，就能在住宅中实现碳中和。”

——计划在2025年大阪·关西世博会上展出

“自2015年开始，我们与共同推进研究的饭田集团控股公司在冲绳县宫古岛建造了验证用住宅，以检验能否仅通过人工光合作用提供能源。虽然因新冠疫情实验一度中断，但预计将在2023年度内开始实证实验。我们还计划利用实验成果，在2025年大阪关西世博会上，通过饭田集团和大阪公立大学联合参展的展馆介绍人工光合作用技术。”

天尾教授开发的由CO2生成甲酸的装置

——实际应用时存在哪些课题？

“最大的课题是成本过高。最初，需要一个足球场大小的区域（收集阳光）才能提供一栋房子所需的能源。在催化剂得到改进后，已经缩小至独栋房屋的庭院大小的面积。然而与其他能源相比，成本仍然很高。不过，使用低价且高度耐用材料的催化剂本身的研究也在不断取得进展。预计实用化成本应该会进一步下降。”

——还成功合成了树脂原料

“就像植物通过光合作用从CO2中生成淀粉和葡萄糖一样，我们尝试能否以光合成的方式合成高分子树脂材料。2022年之后，我们成功合成了生物降解树脂的原料——羟基丁酸和富马酸。目前两者都是以石油为原料进行制造。特别是，羟基丁酸可以用废气程度的低浓度CO2和丙酮合成。”

——制造树脂原料有什么优势？

“由于羟基丁酸和富马酸平均每个分子包含的碳原子比CO2多，如果以这些为原料的树脂能够普及的话，就可以像森林一样，将CO2长期固定在树脂中。如果将废弃时产生的CO2回收再合成的话，就可以减少大气中的CO2。”

“未来，我们希望扩大到尼龙和聚酯等合成纤维原料方面。尽管存在耐久性等问题，但我们将不断尝试如何有效地结合CO2。”

扩大应用范围，降低成本

自1967年发现用光照射水中的氧化钛会产生氢的“本多·藤岛效应”以来，使用光催化剂的人工光合作用技术被认为是日本的优势领域。利用水和CO2生成氢，并合成甲醇等的燃料等，用各种各样的方法推动实际应用的开发在不断推进。

天尾教授与饭田集团控股公司合作的住宅应用项目也是其中的一环。自2013年人工光合成研究中心成立10年后，其成果终于开始显现。

天尾教授解释说：“人工光合作用只是风力发电等可再生能源的补充”，并不能取代原子能和火力等当前的所有电源。在扩大作为基础研究推进的树脂材料合成等应用的同时，将继续为面向实际应用的关键——降低成本铺平道路。

日文：铃木卓郎、《日经产业新闻》、2023/5/1
中文：JST客观日本编辑部