京都大学(京大)は10月14日、水と光を使って二酸化炭素(CO2)を有効な資源にリサイクルする光触媒の合成に成功したと発表した。

同成果は、京大工学研究科のRui Pang博士課程学生(現・産業技術総合研究所博士研究員)、同・寺村謙太郎准教授、同・田中庸裕教授らの研究チームによるもの。詳細は、Nature系の国際化学学術誌「Communications Chemistry」オンライン版に掲載された。

世界各国で温室効果ガスの削減目標を達成するため、CO2の排出を抑制しようとしており、日本は2030年までに2013年比で温室効果ガス排出量を26％削減という目標を立てている。現状、CO2排出抑制の切り札は、CO2 Capture ＆ Storage(CCS:二酸化炭素回収・貯留)とされており、発電所や製鉄所から排出される大量のCO2を地中深く埋めることが計画されている。

しかし、国土に余裕のない日本ではCCSは難しく、CO2を利用するCO2 Capture & Utilization(CCU:二酸化炭素回収・活用)が検討されている。それを受けて研究チームはその発展型として、CO2を燃料や化成品へと再資源化するCO2 Capture & Conversion(CCC:二酸化炭素回収・変換)を提案している。

CO2は、とても安定した分子だ。それを還元して再資源化するためには、エネルギーの投入と電子源が必要である。それを可能とする仕組みとして、田中教授率いる研究チームが長年にわたる研究で参考としたのが、植物の光合成だ。太陽光をエネルギー源として、水(H2O)を電子源として利用する人工光合成の開発を目指し、CO2を光とH2Oでリサイクルできる光触媒の研究開発が長年進められている。

しかし、その実現には多くの課題があるという。CO2もH2Oも非常に安定した分子であるため、目的とする反応自体がほとんど進行しないからだ。またH2Oが電子源として機能しないことも多いという。また反応が進行するようになったとしても、CO2はH2Oよりも安定している分子であるため、H2Oのみが還元されてしまう例がほとんどだったという。

そうした中、研究チームが開発した光触媒はH2Oを電子源として機能させることができ、しかもH2OではなくCO2が選択的に還元され、一酸化炭素(CO)が高効率で生成させることが可能だという。

光触媒「酸化ガリウム」が、H2Oを電子源とするCO2の光還元に対し、活性を示すことは以前から報告されていた。しかし、この光触媒はH2Oの方が還元されやすいことが課題だった。研究チームはこれまでの研究で、そんな酸化ガリウムに対し、水酸化クロムを添加すると選択的にCO2を還元できるようになることを発見。ただし、CO2の変換効率は依然として低いままの課題は解決できていなかったのである。

このような状況下で、研究チームは酸化ガリウムにカルシウムを添加すると、飛躍的にCO2が還元され、添加率(効率)が向上することを確認。この反応では、CO2から合成ガス(COと水素の混合ガス)の原料となるCOが生成物として得られるが、そのCO濃度は1.2％に達したという。

1.2％というと、とても少ない割合に聞こえるが、実際に使用されている合成ガスの濃度に近い値である。COは生物に対して毒性が高いことで知られるが、検知器を用いた実験でも反応を開始させてからすぐに鳴動しており、高濃度のCOが生成されたことが証明されたという。また、この時のH2OではなくCO2が還元される効率(選択率)は95％という高さだった。つまり、今回開発された光触媒は、H2Oを電子源とするCO2の光還元を選択的に実現することが可能ということである。

活性向上のポイントは2段階のカルシウム種の添加だ。硝酸ガリウム水溶液に少量の塩化カルシウムを加えて、アンモニア水を滴下することで得られる水酸化物前駆体を高温で焼成すると、ガリウムとカルシウムの複合酸化物「CaGa4O7」が酸化ガリウム表面上に形成される。この光触媒に酸化カルシウムを物理混合させ、銀と水酸化クロムを修飾すると、高い光触媒活性を示すようになるという。現在、どのような機構で反応が進行しているかは分析中としている。

これまで報告されてきたH2Oを電子源とするCO2の光還元においては、測定装置の検出限界に近い活性の変化についての議論が行われていた。しかし、今回の結果も含めて研究チームがこれまでしてきた報告により、現実的な光触媒活性が得られることが徐々にわかってきている。これは、植物の模倣をするという人工光合成が夢の反応ではないということを示しているという。

一方で、今回の光触媒システムは、可視光では機能しないという課題もある。植物のように、太陽光により多く含まれる可視光で駆動するようなシステムにすることが重要だという。また、CO2を還元するとメタンやメタノールなど、本来はさまざまな物質が得られるが、現状ではCOしか得られていない。還元生成物のバラエティを増やすことも、研究チームの今後の目標としている。
（波留久泉）

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　ダイドードリンコは10月5日、コロナ禍に対応すべく「足操作自動販売機」の実証実験を開始したと発表した。

　同社では昨今の公衆衛生意識の高まりにより自販機に対する見方も変化してきていると考え、足による商品選択ボタンの操作や商品取り出し口フラッパーの開閉が可能になる自動販売機を開発。接触機会の低減に繋がり、より安心して商品を購入できると期待しているという。

　ダイドードリンコ東京本部にて実証実験を開始している。

　ロスコスモス（ロシア宇宙庁）は2020年10月10日（現地時間）、10月14日打ち上げ予定のソユーズMS-17宇宙船が、バイコヌール宇宙基地で宇宙船用の推進剤を充填したと発表しました。この後宇宙船は搭載物品（ペイロード）の収納や断熱材の装着、ロケット取り付け部の装着といった打ち上げ前の作業を実施しています。

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　2020年10月14日に打ち上げ予定のソユーズMS-17には、ロシアのセルゲイ・リジコフ宇宙飛行士（コマンダー）、セルゲイ・クド＝スヴェルチコフ宇宙飛行士（第1フライトエンジニア）、アメリカのキャスリーン・ルビンズ宇宙飛行士（第2フライトエンジニア）が搭乗予定。10月31日にスペースXのクルードラゴンで打ち上げられる、JAXAの野口聡一宇宙飛行士らとともに、国際宇宙ステーション長期滞在ミッションを実施します。

　ソユーズ宇宙船は、バイコヌール宇宙基地内にあるエネルギアの施設で推進剤や圧縮ガスの充填を終え、コンテナに収納されてロケットの組み立てが行われる第254棟に移動。ここで打ち上げ前の最終準備に入りました。

　建屋内には、2020年12月11日に打ち上げを予定している国際宇宙ステーション補給船、プログレスMS-16などの姿も。プログレス補給船は、ソユーズ宇宙船をベースに開発された無人宇宙船なので、本体に記された「ソユーズ」「プログレス」という名前がなければ区別がつきません。

　これに先立つ9月29日、今回が初の宇宙飛行となるスヴェルチコフ宇宙飛行士に対し、国際航空連盟（FAI）による「宇宙飛行士」ライセンス（技能証明書）が交付されました。これは宇宙飛行に向けての訓練課程を修了したことを、国際的に認定するもの。宇宙飛行士はこれを携帯して宇宙船に乗り、国際宇宙ステーションに設置されているスタンプを捺印します。

　ソユーズMS-17に搭乗する3人の宇宙飛行士は、すでにバイコヌールで実際の宇宙船を使った訓練を開始。ソコル宇宙服を着て、実機での操作手順を確かめています。

　ソユーズ宇宙船に欠かせないものといえば、船内に吊り下げておく「ゼロGインジケータ（無重力感知器）」と呼ばれる小さなマスコット。ロケットの燃焼が終了し、宇宙空間で無重量状態になると船内を漂い始めるので、原始的ですが視覚的に「宇宙へ出た」と実感できるものです。今回は灰色のフードをかぶった編みぐるみ人形です。

　ソユーズMS-17の実機を使った、宇宙飛行士たちの訓練は10月8日まで続きます。その後宇宙船はソユーズ2.1aロケットとともに組み立てられ、10月14日の打ち上げに備えます。

＜出典・引用＞
ロスコスモス ニュースリリース
Image：エネルギア／ロスコスモス

（咲村珠樹）