泉 康雄

持続可能社会へのシフトが、机上の議論から、現実のわれわれの生産や生活の場での課題として真剣に検討されるようになってきた。人類がエネルギーを得るために化石燃料の燃焼することで生じたCO2を、再生可能エネルギーを用いて燃料に戻すことができれば、CO2の排出と吸収を等しくするカーボンニュートラル・サイクルを実現することができる。 再生可能エネルギーとして風力・波力・地熱・バイオマス・太陽光が研究・開発されているが、突出して大きいエネルギー量が得られる見込みの再生可能エネルギー源がある訳ではない。様々なエネルギー源を有効活用して併用することで、2030〜2040年の持続可能社会に臨むべきである。候補の内、1時間当りに地球に届く太陽光エネルギーは、人類が1年間で消費する全エネルギーに相当する膨大なものであるため、光エネルギーは、太陽光発電に代表されるように再生可能エネルギーとして大いに期待されている。しかし、光エネルギーを効率よく利用する方法を見つけることが喫緊の課題になっている。 この「CO2光燃料化」の重要性はすでに広く認識されているものの、CO2は熱力学的に安定な分子であるために、分解して燃料の分子へと変換することは容易ではない。また、持続可能性の観点からは、CO2光燃料化を比較的安価で、余分なエネルギーを要することなく進められる素材を選ぶことが重要である。持続可能・カーボンニュートラルと言えるようになるには、さらにCO2光燃料化反応が失活することなく定常的に進むことが求められる。 このような背景のもと、筆者らは銀ナノ結晶と酸化ジルコニウム（ZrO2）から成る光触媒を用いて、CO2から化学原料となる一酸化炭素（CO）を得ることを報告した。この知見を基に、今回CO2を光エネルギーにより燃料にまで変換できる光触媒を検討した。

持続可能なエネルギー源を利用してCO2を燃料に変換できれば、持続可能社会でのカーボン・ニュートラル・サイクルを完成させることができる1,2)。再生可能エネルギーの中で、特に光エネルギーは莫大であり、地球に届く太陽光エネルギー1時間分が地球上で人類が使用するエネルギー1年分に相当する1)ことから、光エネルギー源の活用法が広く研究・開発されている。そうした、いわゆる「光燃料」をCO2から得るには、吸熱が必要で不利な反応を進める必要があるため、そのための光触媒の研究・開発が広く行われている1,2)。本章ではまず、CO2光燃料化のための触媒開拓・その作用機構を調べるための筆者らのアプローチについて述べる。さらに、CO2光燃料化技術を光燃料電池に適用する3)、あるいは光燃料電池4,5)と組み合わせる可能性について考える。

10.1016/B978-0-444-53882-6.00021-8 http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-84903223229&partnerID=MN8TOARS http://orcid.org/0000-0001-8366-1864

https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=85049085546&origin=inward New sorbents were investigated for the effective removal of low concentrations of arsenic and lead to adjust to modern worldwide environmental regulation of drinking water (10 ppb). Mesoporous Fe oxyhydroxide synthesized using dodecylsulfate was most effective for initial 200 ppb of As removal, especially for more hazardous arsenite for human's health. Hydrotalcite-like layered double hydroxide consisted of Fe and Mg was most effective for initial 55 ppb of Pb removal. The molecular removal mechanism is critical for environmental problem and protection because valence state change upon removal of e.g., As on sorbent surface from environmental water may detoxify arsenite to less harmful arsenate. It is also because the evaluation of desorption rates is important to judge the efficiency of reuse of sorbents. To monitor the low concentrations of arsenic and lead on sorbent surface, selective X-ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy was applied for arsenic and lead species adsorbed, free from the interference of high concentrations of Fe sites contained in the sorbents and to selectively detect toxic AsIII among the mixture of AsIII and AsVspecies in sample. Oxidative adsorption mechanism was demonstrated on Fe-montmorillonite and mesoporous Fe oxyhydroxide starting from AsIIIspecies in aqueous solution to AsV by making complex with unsaturated FeOx(OH)y sites at sorbent surface. Coagulation mechanism was demonstrated on double hydroxide consisted of Fe and Mg from the initial 1 ppm of Pb2+aqueous solution whereas the mechanism was simple ion exchange reaction when the initial Pb2+ concentrations were as low as 100 ppb