究極のエコエネルギー！　現実味増す「人工光合成」

佐用町の大型放射光施設「スプリング８」では、世界が注目する成果が生まれている。究極ともいえるエコエネルギーの活用が、現実味を帯びてきた。（武藤邦生）

　光合成は小学校でも習う化学反応だが、メカニズムは複雑で人が再現するのは困難とされてきた。

　突破口を開いたのがスプリング８だ。岡山大の沈建仁（しんけんじん）教授（生化学）らが光合成を行うタンパク質の原子レベルでの観察に成功。米科学誌サイエンスによる、２０１１年の「科学十大成果」にも選ばれた。

　実験の成果を受け、スパコンによる理論計算も勢いづいている。

　神戸大の天能（てんのう）精一郎教授（電子状態理論）らのグループは昨年、京での研究を本格始動。沈教授によって構造が明らかになったタンパク質の中でも、反応の中核部分となる「マンガンクラスタ」の働きを追究する。

　ただしその計算量は膨大で、厳密にシミュレーションしようとすれば、「京」ですらパンクするという。

　そこでランダムな計算を繰り返し、マンガンクラスタの状態を解き明かす計算法の開発に挑戦。光を受けて構造を変えながら、光合成反応を進める様子をとらえる手法を編み出した。「計算量を減らしつつ厳密に計算する画期的な手法。世界をリードする計算が可能」と天能教授は自信を見せる。

　新エネルギー開発では、太陽光発電やバイオマス発電などがあるが、人工光合成の最大のメリットは、クリーンな材料だけで水素ガスという「燃料」が作れ、二酸化炭素の減少も図れることにある。

　「環境問題とエネルギー問題を根本的に解決する可能性がある」と沈教授。スプリング８の１０億倍明るい光を発するエックス線自由電子レーザー「ＳＡＣＬＡ（さくら）」（佐用町）も活用し、昨年１１月には、より詳細な観察結果を発表した。

　天能教授は「今後５年で反応のメカニズムを解明。次の５年で人工光合成の手法の提案」を目標に掲げる。実現への期待が高まる。


　【光合成】　植物が太陽光をエネルギーにして、水と二酸化炭素から、酸素や栄養分を作る働き。葉っぱにある葉緑体という器官で行っている。
大きく分けて、水を酸素と水素に分解する「明反応」と、水素と空気中の二酸化炭素を使って炭水化物を作る「暗反応」からなる。