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バクテリア+マイクロソーラーパネル、樽1つで光合成ができる!

2018-09-29
自然界における光合成は、太陽光を有効利用する方法の一つです。しかし、自然界の光合成効率は一般に高くありません。太陽光をバイオマスに変換するほとんどの植物の変換率は、たとえ生体反応であっても0.1%~0.2%にすぎません。装置の条件下での微細藻類は現在 1 ~ 2% にすぎません。

したがって、科学者たちは、植物の視点から飛び出し、太陽光を人工的に利用して「コテージ」光合成を行えるようにしたいと考えてきた。人工光合成は、「液体太陽光」を収集して二酸化炭素を削減し、クリーンで環境に優しいプロセスを通じて高価値の化学物質を生産するプロセスです。この製品は太陽光を液体燃料に変換して貯蔵します。

人工光合成の手法の一つに、細菌と無機半導体を組み合わせたものがあります。ナノ半導体粒子は主に太陽光を収集し、自然の光合成におけるクロロフィルの役割を模倣します。

最近開催された第 254 回全米化学会全国会議および博覧会で、米国のローレンス バークレー研究所のケルシー K. サキモト チームは、新しいタイプの小型ソーラー パネル、つまりバクテリアのハイブリッド システムを提案しました。このシステムは、硫化カドミウム (CdS) ナノ粒子を利用して、非光合成細菌である Moorella Thermoacetica を変換します。ソーラーパネルの表面は、太陽の光子を捕捉できる硫化カドミウムのナノ粒子で構成されています。光励起された硫化カドミウム CdS は、光生成された電子正孔対を生成します。そして、人工光合成の化学反応に参加するために使用されます。


図丨 細菌修飾 CdS バイオリアクター (左)。光吸収ナノクリスタル(中央)は太陽光、二酸化炭素、水を有用な化学物質に変換します(右)

さらに彼らは、CdS-Moorella Thermocatica システムは光を使用して二酸化炭素を酢酸に還元できると述べました。酢酸はポリマー、医薬品、液体燃料の製造に使用できる多用途の化学物質であり、台所にある酢の 5 ~ 20% は酢酸で構成されています。崎本チームは、二酸化炭素をメタノール、液体水素、その他の液体燃料などの他の化学燃料に変換する研究にも取り組んでいます。

崎本? 「これらの小さな太陽電池パネルにこれらの細菌が『設置』されると、細菌はすべて太陽エネルギーを利用して食物、燃料、プラスチックを生産できるようになります。」では、なぜソーラーパネルのような媒体が必要なのでしょうか?すべての太陽光を電子の流れに変換できるのは太陽電池だけであるため、自然の光合成は太陽光を植物の成長に必要な食物に変えるだけです。


図丨 細菌修飾 CdS バイオリアクター (左)。光吸収ナノクリスタル(中央)は太陽光、二酸化炭素、水を有用な化学物質に変換します(右)

さらに彼らは、CdS-Moorella Thermocatica システムは光を使用して二酸化炭素を酢酸に還元できると述べました。酢酸はポリマー、医薬品、液体燃料の製造に使用できる多用途の化学物質であり、台所にある酢の 5 ~ 20% は酢酸で構成されています。崎本チームは、二酸化炭素をメタノール、液体水素、その他の液体燃料などの他の化学燃料に変換する研究にも取り組んでいます。

崎本? 「これらの小さな太陽電池パネルにこれらの細菌が『設置』されると、細菌はすべて太陽エネルギーを利用して食物、燃料、プラスチックを生産できるようになります。」では、なぜソーラーパネルのような媒体が必要なのでしょうか?すべての太陽光を電子の流れに変換できるのは太陽電池だけであるため、自然の光合成は太陽光を植物の成長に必要な食物に変えるだけです。

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