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 自然エネルギーと簡単な装置で、あちらこちらでアンモニア(NH3)が生成できるようになる――。そんな研究が日本で進んでいる。2020年4月、アンモニア合成に関わる技術で東京工業大学と大阪大学が相次いで発表した。東京工業大学は50℃未満・常圧で働く触媒、大阪大学は常温・常圧で働いて太陽光(紫外線)と海水などからアンモニアを生む触媒を生み出した。いずれも実用化に至れば、水素社会実現への強力な武器となり得る。

 余剰の自然エネルギーを蓄電するための物質として、水素(H2)に注目が集まっている。しかし金属を腐食させるなどの理由から輸送・貯蔵での課題も多い。そこで水素を固定するための媒体として有望視されているのがアンモニアだ。水素よりも沸点が高く液体になりやすいため、貯蔵・運搬に向く。加えて、容易にアンモニアから水素が生成できたり、アンモニアで動作する燃料電池などでエネルギーを取り出せたりする。

 ただアンモニアをエネルギーの固定化物質として使うには課題がある。現時点では、合成に大量のエネルギーが必要なのだ。アンモニアは今日まで100年以上の歴史を持つハーバー・ボッシュ法で大量生産を行ってきた。同法では主に酸化鉄(Fe3O4)の触媒を使い、200気圧以上という高圧、450℃以上という高温が必要である。一方で新しい触媒技術を使えば、常圧・低温な条件下、窒素と電気分解などで作り出した水素など使って、少ないエネルギーでアンモニアを生産できることから、アンモニアが水素固定化の最有力な選択肢に近づく。生産設備も簡易化できる。

新たな触媒でエネルギー消費量を抑制

 東工大科学技術創成研究院教授の原亨和氏らが開発したのは、ハーバー・ボッシュ法と同じく、水素と窒素の気体から触媒を使って、アンモニアを作るという方法(図1)。50℃未満、常温で合成できる。

図1 アンモニアを合成する触媒構造
図1 アンモニアを合成する触媒構造
触媒内において、水素化フッ素化カルシウム部がルテニウム部に電子を与える。そしてルテニウム部でアンモニアが生まれる。(出所:東京工業大学)
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