東京大学の研究者は、人工光合成を使用してアンモニアを生産する新しい方法を開発し、炭素集約型のハーバーボッシュプロセスに代わる潜在的な低エネルギーの代替品を提供しています。この技術は、シアノバクテリアによる天然の窒素固定を模倣し、大気窒素、水、日光を利用してアンモニアを合成します。
アンモニアは、主に尿素ベースの肥料の生産に使用される世界農業の重要な要素です。現在の工業生産方法は、主に化石燃料への依存により、世界の二酸化炭素排出量の約2％の原因です。日本の研究チームによって開発された新しいアプローチは、アンモニア生産の環境フットプリントを大幅に減らすことができました。
このプロセスは、東京大学応用化学省の西島ヨシアキアキ教授が率い、デュアルカタリストシステムに依存して、変換反応を開始および維持しています。イリジウムベースの光触媒は、日光にさらされると、三次ホスフィンと呼ばれる化合物を活性化し、水分子の酸化を可能にします。このステップは、アンモニアのその後の形成に不可欠な陽子を生成します。
同時に、モリブデンベースの触媒は、空気からジニトロゲンを活性化します。窒素と水から生成された陽子との間の反応は、アンモニア分子の形成をもたらします。このプロセスは副産物として酸素のみを生成し、最適な条件下では、2つの窒素原子と3つの水分子を組み合わせて2つのアンモニア分子を生成します。
研究者は、新しい反応システムは、以前の人工窒素固定の試みよりも高い効率を達成しており、以前の実験室のデモの10倍のスケールで操作できると報告しています。この進捗は、反応条件を最適化し、大規模な費用対効果を向上させるためのさらなる作業が必要であるが、産業用途の可能性があることを示唆しています。
年間生産される2億トンのアンモニアの80％以上が農業で使用されていることを考えると、この革新は、より持続可能な肥料生産を促進する上で重要な役割を果たす可能性があります。商業化された場合、この方法は、グローバルな食料生産の最もリソース集約型セクターの1つでエネルギー使用量を削減し、排出量を削減するのに役立つ場合があります。
