New Energies, new possibilities

SunHydrogen to Unveil 1,92m² Renewable Hydrogen Reactor Prototype at Hydrogen Technology Expo in Houston, Texas - Hydrogen Central

東京大学は、太陽光の主成分である可視光をエネルギー源とし、窒素ガスと水からアンモニアを合成することに成功した。再生可能エネルギーを用いて製造する、グリーンアンモニア合成法への発展が期待される。

東京大学は2025年5月23日、太陽光の主成分である可視光をエネルギー源とし、光触媒的にアンモニアを合成することに成功したと発表した。可視光の照射下で、窒素ガス（N2）と水（H2O）からアンモニア（NH3）を合成した、世界初の事例になるという。

研究の概要［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　アンモニアは、燃焼時に二酸化炭素（CO2）を排出せず、わずかな加圧と冷却で容易に液化するため、肥料や医薬品など幅広い産業で利用されている。N2と水素ガス（H2）を使用するハーバー・ボッシュ法で合成するが、大規模なプラントと多量のエネルギーが必要となる。

　研究グループは、再生可能エネルギーの筆頭である太陽光エネルギーのみを利用してN2とH2Oからアンモニアを作る、グリーンアンモニア合成法の開発に取り組んでいる。これまでの研究では、アンモニア合成触媒のモリブデン錯体と光誘起電子移動触媒のイリジウム錯体を組み合わせ、有機化合物のジヒドロアクリジンを水素（H）源としたアンモニア生成に成功。今回の研究では、ジヒドロアクリジンを地球に多く存在する水へと置き換えることを試みた。

　実験では、アンモニア合成触媒としてモリブデン錯体を、光誘起電子移動触媒としてイリジウム錯体を、還元剤として有機リン化合物を、プロトン（H＋）源として水を含んだ溶液に対し、常温常圧のN2雰囲気下で可視光を照射した。その結果、アンモニアを触媒的に生成できた。

窒素ガスと水からの触媒的アンモニア合成反応と関連する反応の比較。（a）理想的なグリーンアンモニア合成法。（b）有機化合物を用いた光触媒的アンモニア合成。（c）窒素ガスと水からの光触媒的アンモニア合成反応［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　具体的には、可視光のエネルギーを利用してイリジウム錯体が有機リン化合物から電子移動することで、イリジウム錯体は還元状態となる。有機リン化合物は酸化状態となり、水分子と結合してこれを活性化させる。モリブデン錯体は、窒素分子を活性化してニトリド配位子を持つニトリド錯体を生成する。ニトリド錯体は、還元状態のイリジウム錯体から電子を、水分子と結合した有機リン化合物からH＋を供与されてアンモニアを生成する。

光触媒反応系における反応機構［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　また、H＋の有機リン化合物からニトリド錯体への移動は、プロトン伝達体（ピリジン誘導体）を加えることで、反応活性が向上することも分かった。これまで報告されている光触媒的アンモニア合成反応系の中で最も高い触媒回転数を示したほか、量子効率が従来研究の2％から22％に向上している。

　今後、再生可能エネルギーを用いて製造する、グリーンアンモニア合成法への発展が期待される。

可視光をエネルギー源とした光触媒的アンモニアの合成に成功：研究開発の最前線 - MONOist

日本特殊陶業と、オーストリアの自動車向けエンジニアリング企業、AVLは、グリーン水素製造におけるSOEC（固体酸化物型水電解装置）技術の共同開発および産業化で提携する。5月21日にオーストリア貿易使節団「Composing the Future - Together（未来の共創）」の一環で発表した。

　日本特殊陶業は、スパークプラグや酸素センサーなどセラミックを基盤とした自動車部品の大手メーカーで、固体酸化物セル（素子）やスタック（セルの集合体）に関して数十年の開発実績がある。また、AVLは、スタックやモジュールを電解装置全体のシステムへ統合する技術において高い専門性を持つ。

　今回の協業により両社は、それぞれの知見と技術を持ち合わせて、スタックモジュールおよび電解装置全体のシステム開発に取り組む。SOEC技術は、アルカリ型、PEM（プロトン交換膜）型、AEM（アニオン交換膜）型といった他の水素製造技術と比較して、電気から水素への変換におけるエネルギー効率の面で優位性があるという。

　また、日本特殊陶業のグループ企業である森村SOFCテクノロジー（愛知県小牧市）は、3月に小型・高効率のSOFC（固体酸化物形燃料電池）システムを開発したと発表した。水を電気分解して水素を生成するSOECと、水素や都市ガスを燃料に発電するSOFCは、逆反応の関係にある。

　SOFCシステムの第一号機であるプロトタイプ機を日本特殊陶業・小牧工場内施設の建屋に設置し、実証運転を開始した。プロトタイプ機の定格発電出力は600W、発電効率は業界トップクラスの65％を実現した。燃料は都市ガス13Aなど（水素混合可）。今後は実証運転を継続・拡大し、2027年度の商品化を目指す。

次世代型水電解、日本特殊陶業と欧企業が共同開発へ - ニュース - メガソーラービジネス plus : 日経BP

Polymeric stabilization at the gas–liquid interface for durable solar hydrogen production from plastic waste | Nature Nanotechnology

On the interface electron transport problem of highly active IrOx catalysts - Energy & Environmental Science (RSC Publishing)