| 研究課題/領域番号 |
20K20486
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| 補助金の研究課題番号 |
19H05582 (2019)
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 (2020)
補助金 (2019) |
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| 審査区分 |
中区分64:環境保全対策およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
岡部 聡 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10253816)
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| 研究分担者 |
渡辺 精一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (60241353)
佐藤 久 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80326636)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2020年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2019年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
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| キーワード | 光電気化学太陽電池(PEC) / 光水分解 / 複合金属ナノ酸化物半導体 / ホモ酢酸生成細菌 / 酢酸生成 / バイオ光電気化学太陽電池(Bio-PEC) / ZnO/CuO / 人工光合成 / 光電気化学太陽電池 / 半導体光触媒 / バイオ燃料電池 / CO2還元有価物合成 / 水の光分解 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、エネルギー危機および地球温暖化の解決策として、無尽蔵の太陽光エネルギーと水および不要な二酸化炭素（CO2）から有用な化
学物質を人工的に作りだす「非生物・生物ハイブリッド人工光合成」システムを構築する。具体的には、光電気化学太陽電池(PEC)とバイオ燃
料電池（MFC）から成る「明反応系」とホモ酢酸生成バイオリアクターの「暗反応系」を組み合わせた、CO2と水を原料とし太陽光エネルギー（
可視光）と廃水をエネルギー源とした、常温常圧、中性条件下で酢酸（2炭素化合物）を生産可能なバイオ‐光電気化学太陽電池ハイブリッド
システムを構築する
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| 研究成果の概要 |
本研究の目的は、CO2と水を原料とし太陽光エネルギー（可視光）と廃水をエネルギー源として、常温常圧、中性条件下で酢酸（2炭素化合物）を生産可能なバイオ‐光電気化学太陽電池（Bio-PEC)ハイブリッドシステムを構築することである。そのために必要なCuOナノワイヤー表面にZnOナノロッドを付加した3次元ナノ構造を持つZnO/CuO複合体を作成することに成功した。また、その電気化学的特性（水素生成速度や電流密度）は、既往の類似する三次元ナノ構造を有するZnO/CuOの値の約3倍であった。これにより、効率の良いBio-PECシステムの構築の可能性が示された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまでの殆どの研究は、太陽光エネルギーを水素エネルギーに変換することのみに焦点が置かれていた。しかしながら、水素は気体であり貯蔵と輸送には安全性の確保が重要でありコストも高くなる。これに対して、酢酸は常温常圧で液体であり貯蔵や輸送も比較的容易であるうえ、酢酸を原料とした高次の有機物、例えばエタノールやポリマー等の生産も可能である。さらに、提案する「非生物と生物のハイブリッド人工光合成」システムの建設・運転コストは廉価であり、もし、高効率に酢酸が生成できるようになれば、廃水処理の省エネ化、水環境保全、地球温暖化や気候変動の原因と考えられる二酸化炭素の削減にも大きく貢献できる。
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