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自然から学ぶアイデアの源泉 ネイチャーテック


植物細胞中の葉緑体(緑色の粒)

Photo by Kristian Peters, Licensed by GFDL

カーボンナノチューブが人工光合成を可能にする!?

ヒントとなる自然:植物(植物の葉緑体)

<写真>植物細胞中の葉緑体(緑色の粒)

何がすごいの?

植物は、空気中の二酸化炭素と根から吸収した水、そして太陽の光を使って、養分を作りだします。これを光合成といいます。光合成は細胞中の葉緑体で行われます(写真。緑の粒が葉緑体)。

葉緑体はとても小さな器官ですが、この中のチラコイドという膜でたくさんの複雑な化学反応が、まるで工場のラインのように順序よく起きています。おかげで、植物は光エネルギーから取り出した化学エネルギーを使って、水を水素と酸素に分解し、二酸化炭素中の炭素を栄養分である糖に作り替えることができるのです。

植物が作り出した糖は、植物自身の成長に使われたり、私達を含めた動物の餌になったりします。また、光合成の副産物である酸素は、地球上の動物が呼吸するために欠かせないものです。植物が持っている小さな葉緑体とその中のチラコイド膜は、いわば、地球を支える素晴らしい工場なのです。

どうやって役立てるの?

光合成の化学反応の一部を利用して、燃料電池に必要な水素を水から取り出したり、太陽光発電として役立てたりすることができます。

どんな研究をしているの?

チラコイド膜で行われている光合成を人工的に再現しようという研究が行われています。たくさんある光合成の化学反応のうち、光を吸収する「アンテナ」とそこからエネルギーを作り出す仕組みを実験で再現しようとしています。

中国の研究チームは、アンテナ部分に単層カーボンナノチューブ(※)を使って実験を行い、光を吸収してエネルギーを取り出す仕組みの中心として効率的に機能することを発見しました。

※単層カーボンナノチューブ:炭素(カーボン)でできた、直径がナノメートルの筒状の物質。

どんな技術開発ができる?

これまでにも、日本やアメリカの研究チームが金属触媒を使って水を分解し、酸素と水素を取り出すことに成功しています。

しかし、希少金属を利用することや、太陽からの光エネルギーを化学エネルギーに変換する効率が低いこと、太陽光の一部しか利用できていないことなどが課題でした。カーボンナノチューブを利用すれば、これらの課題を解決できるかも知れません。

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掲載日:2012年1月30日

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