2024年3月13日、GGPは京大オリジナルとの共催で、オンライントークイベントシリーズ「open your…」を開催しました。今回のテーマは、「このままでいいのか？　カーボンサイクル～人工光合成の可能性に迫る～」です。登壇者は、光触媒の研究を始めて30年、人類が必ず実現すべきものの1つとして人工光合成を捉え研究を続けている京都大学大学院人間・環境学研究科教授の吉田寿雄氏、サステナビリティ社会へ向け、デマンド・ドリブンでカーボンニュートラルに取り組む活動を行っている日本総合研究所創発戦略センターシニアスペシャリストの瀧口信一郎氏です。司会進行役は京大オリジナル川村健太氏、GGP事務局の山北絵美も加わり議論を深めました。

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人工光合成［*1］とは、光エネルギー（太陽エネルギー）を蓄積可能な化学ポテンシャル（化学物質のエネルギー）に変換する技術です。

吉田氏は、人工光合成技術により
・水（H₂O）を分解して水素（H₂）をつくり出すこと
・二酸化炭素（CO₂）を還元して一酸化炭素（CO）をつくり出すこと
をターゲットとして研究を続けています［*2］。

人工光合成について、その重要性や必要性を語る声があるものの、一般的にはあまり注目度が上がっていない側面もあるようです。
その点について、まず瀧口氏は次のように問いかけました。

瀧口　人工光合成は、光合成でCO₂を植物に戻したバイオマスを原料として用いるとか、太陽光発電の電力で水分解して水素をつくるとか、太陽光を用いて基礎的な炭化水素をつくる技術との競合になっていると思うんですよね。もちろんそこで効率を上げて勝つ道もあるとは思いますが、もう少しいろんな人の目に触れる素材をつくる技術に焦点を当ててもいいんじゃないかと思いますが、いかがでしょうか？　
以前、東芝が太陽光とCO₂からエチレングリコールを生成したことが話題になりましたが、エチレンからエチレンオキシドになって、エチレングリコールになるという石油化学プロセスの中にあるものが直接つくり出せるのは面白いと思うんですよ。そういう広がりを持たせることについて、どうお考えですか。

吉田　私たちは今のところ、CO₂からCOを出すということにターゲットを絞って研究していますが、それ以外のものをつくるのが可能か、可能じゃないかというと、可能だと思います。ただ、難易度があがりさらに難しくなるわけですね。
先ほど話したCO₂の還元は水中で行うのですが、COはガスなので水中からブクブクと出てきてくれるんですね。けれども、例えば水中でメタノールやアルデヒドなどを生成しても、それらの化学物質は水中に留まってしまうので、今度はそれをどうやって分離するかがネックになります。それに比べると、ガスで出てくるCOはかなり有望です。また、メタン（CH₄）もガスとして出てくるのですが、メタンにまで還元してしまうと、化学物質としては使いづらいんですよ。メタンは燃料としては使えますが、メタンを何か他のものに転換するというわけにはいかず、結局使い道としては燃料として燃やすことになる。ただそうすると一瞬でCO₂に戻りますからね。そうなると大気中のCO₂は減らないですよね。環境のことを考えると、いかに炭素を地球表面上に別の形で留まらせるかが大切で、例えば、COにすれば、そこからプラスチックをつくったり、医薬品を作ったりして、その状態で長く地表に留まらせることができますけど、メタンガスにしてしまうとあとは燃やすだけなので、大気中のCO₂濃度の問題には寄与しづらいです。

瀧口　なるほど。では人工光合成の技術は、やはりCOをつくる1つのプロセスと捉えるのがベストだと。

吉田　今のところは、私はそう考えています。もちろん世界中にはいろんな人がいますから、他のものをターゲットにしている方もいらっしゃいますが、私はCOがベストチョイスだと思っています。

人工光合成によるCOの生成が技術的にも有望であるなら、そこに集中投入すれば良いと考えられそうですが、なぜそれが進んでいかないのでしょう。

吉田　今のところ、そこで頑張っても儲からないと皆さん踏んでいるからだと思います。今我々の研究では人工の光を使っていますが、もし太陽光を使うとなると、晴れた昼間はいいですが、夜間や雨の日は機能しないということになりますよね。それではビジネスとして難しいと判断されるのでしょう。今は儲からなくても、先行投資でそこに踏み込んでいく余力のある方が手伝ってくれるといいんですが……。

これに対して瀧口氏は、設備への投資と研究への投資のバランスの矛盾を指摘します。

では、選択肢の1つとしての人工光合成の技術を普及・発展させていくためには何が必要なのでしょうか。

瀧口　感覚的で恐縮ですが、オイルメジャーのようにドーンと投資するのは、日本に合わないと思っているんです。日本はすごく手間のかかることのほうが得意なので、細かく技術に投資をしていくほうがよい気がするんですよね。

吉田　人工光合成もまさに細かいですよ。光触媒をつくり込むのにも相当研究が必要ですし、トライ・アンド・エラーも必要です。コンセプトも大事ですよね。そのものを見て、どういう仕組みになっているかを考える想像力も必要です。それには、1つの個性では無理だと思います。

瀧口　それはいろんな人が必要という意味ですか？　

吉田　はい。私には私の勉強してきたキャリアがあります。でも、違う方向から来た人は、同じ物質でも違う見方で見るわけですね。そうすると、次の一手はどちらかというときに、私と違うことを考えると思うんです。そういう人が10人いれば、誰か成功するだろうと思うんですよね。

瀧口　そういう意味では、いろんな分野の先生方が一緒になって、例えば、この分野とこの分野の人が集まって研究するというような動きをつくっていったほうがいいように思いますが。

吉田　それはありますね。私も、昔は自分一人で頑張ろうと思っていましたけど、最近、共同研究はいいなと思っています。自分と違う見方をする人と組むのは非常に効果的だと感じるシーンが多々ありましたし。ただし、全然合わないこともあるのでそこが難しいところですね。

瀧口　最近、大学と企業が包括連携協定を結ぶ動きがあるじゃないですか。これは、企業がここの技術がほしいというときに、その分野の先生をピックアップしてもらうというような、基本的に1対1の取り組みだと思うのですが、果たしてそれでいいのかと思いますね。その企業にとってはいいのかもしれませんが、長期的に考えると、新しいものを複数の先生でつくっていく必要があると思いますので、今の枠組みでは収まらないのかなと。

吉田　それは思いますね。光触媒1つをとっても、結晶のことを知らなければなりませんし、どんなリアクターにするのが最も効率が良いかなど、考えることはたくさんあるのですが、残念ながら私は光触媒の専門家なので物質に対するアプローチしかできません。しかし、トータルで製造していくために、どういうシステムにすれば良いかを考えることも必要ですし、もっと言えば、できたものをどうやって売るかも大事です。それこそ政治の力も必要だと思いますし、経済の力も必要です。そのような、全然分野の違う人材を結集していけたらいいなと思います。

瀧口　人工光合成の技術が実用化されるまでには、あとどのくらいかかるのでしょうか？また、実用化の可能性はどのくらいあるのでしょう？

吉田　今研究で実現できている部分は必ずできます。それは確かですが、儲かるレベルまでいくかというと、現在のように安い石油がガバガバと採掘できる状態ではまだ難しいでしょう。ただ今後、石油の値段が上がっていけば、少しぐらいお金がかかってもグリーン水素をつくろうという人が出てくるはずですよね。だから、現状では無理でも何十年か経てば必ずできると思います。そちらの方向に行くのが圧倒的に正しいはずなので。と、私は思っているというか、願っています。

瀧口　私は石油の値段はいつか跳ね上がると思っているんです。それは、石油産業がやがて手仕舞う側になって、担う企業が減って供給自体も細り、競争もなくなってコストが下がらない状態に陥って価格も跳ね上がっていくという流れだと思うのですが、「いや、石油なんてまだまだ埋蔵量があるんだからそうはならないよ」という意見もあると思います。意見としてはどちらもあると思うんですけど、僕は上がると思っています。そこで大切なのは、石油の値段が上がるシナリオに備えて、人工光合成という選択肢も用意しておくことかなと思いますね。

吉田　先ほど少し言葉足らずでしたが、人工光合成は技術的に達成できると思うんですね。私の代では無理でも、何代か続けば必ずできるだろうと。その根拠として、まず原理がクリアだということと、課題に対してどう乗り越えていくかどんどん新しいアイデアが出てきていることが挙げられると思います。私の研究に限っても、年を追うごとに着実に成果が上がっています。これを大勢の人がやっていけば、何十年後には「人工光合成って簡単な技術だよね」という日が必ず来るだろうと考えています。

吉田氏の研究を、今の学生たちはどう捉えているのでしょう。研究室に次世代を担う学生は集まっているのでしょうか。

吉田　これは大学のシステムの問題でもありますが、私の研究室にはいわゆる普通の大学生は来ない現状があるので大学院生を中心にやっていますが、日本人が少ないのです。大学院は入学してくる人が京大生だけでなく、他の大学、あるいは他の国から毎年のように来ていただけるので、そういう意味では人気はあるのですが、もう少し日本人にも振り向いてほしいとは思いますね。

瀧口　日本人の学生は、興味が他にいってしまうのでしょうか？

吉田　どうなんでしょう。うちの学部は、文系も理系もある特殊な学部なので、他にいろいろ面白いことが見つかるんですかね。中には文化的なことが好きな人もいますし、自然の摂理を調べるのが楽しいという人もいます。いろんな道があっていいと思うんですけど、ただ、皆さんに、「では、エネルギーはなくなっていいんですか？」と問いたいです。本日のイベントタイトルに、「このままでいいのか？」と入っていますが、このままでは良くないですよね。

『このままでいいのか？カーボンサイクル～人工光合成の可能性に迫る～』というテーマでおこなわれた今回のトークセッション。
『このままでいいのか？』というタイトルに対しては、「良くはない」という結論の一致が見られましたが、ではこれから人工光合成の可能性を広げていくためにどうしていけばよいかという点においては、まだまだ考えていく余地の膨らむ終わりとなりました。これらの課題についても、また今後、皆さまと一緒に考えていけたらと思います。

（2024年3月13日、京都大学国際科学イノベーション棟5階シンポジウムホールよりオンライン配信）

*1　光合成（植物の葉緑体が光エネルギーを利用して、水とCO₂から酸素と糖を作り出す）と同じような働きを人工的に行うこと
*2　H₂もCOも、エネルギーや資源として工業的に利用が可能

00:04:24　GGP紹介
00:08:39　イベント本編開始