新潟大学の研究室から、世界最高の効率で水電解（水から水素を生成）を可能にする触媒が誕生

新潟大学大学院の八木政行教授は２８日に記者会見を開き、世界最小のエネルギーで水と酸素を水素へ電解可能な触媒の開発に成功したと発表した。「脱炭素」の流れの中で、既存の研究と比べて約２割の使用エネルギーを削減可能であるという高効率の触媒の今後の実用化研究には注目だ。

全世界的に脱炭素社会への取組みが加速化する中で、クリーンエネルギーとして注目されている水素。その水素を生成する方法が水電解だ。自然エネルギーを利用して水素を生成する、いわゆる「グリーン水素」は、上手く利用できれば発電量が不安定な自然エネルギーの調整力としても期待できるため、特に注目度が高い。

一方で、理論的には水の電気分解の電圧は約１．２３Vだが、実際には水素を発生させるために余分な電圧（過電圧）が必要となり、特に水素発生電極（陽極）における電力の浪費が激しい。過電圧は触媒の素材に左右されるため、様々な触媒が研究・模索されてきた。

八木教授によると、一般的に酸化物よりも硫化物を触媒に用いた方がこの過電圧を抑えられるが、硫化物も反応によってすぐに酸化してしまうことから、こうした水電解の実験にはあまり用いられていなかったという。

今回開発された触媒は、チオ尿素と多孔性ニッケル基盤を摂氏４５０度で焼成し合成したもので、合成により基盤から多数のナノワイヤーが生えた独特の形状を持つ。このナノワイヤーは、硫化ニッケルを窒化炭素がコーティングする形になっており、所々に開いたコーティングの隙間の硫化ニッケルが反応して水素を生み出す。

硫化ニッケルは本来であればすぐに酸化してしまうが、コーティングにより酸化が硫化ニッケルの表面のみに留められ、効率的に反応（水素の生成）をし続けることができるという。そのため既存の触媒と比較して消費する電力は２割減で、既存の研究の中では最も小さい。

八木教授は開発の経緯について「本来であれば触媒にあまり用いられない硫化物を利用できないかと模索している中で生まれた」と話す。今回開発された触媒は国際特許の申請も出願されており、八木教授は今後、企業との協力も交えてより大きなプロジェクトにしていきたいと意欲を燃やす。

変換効率の高さは顕著だが、今までの触媒に用いられてきた白金などに比べると材料費が安く、製造方法も比較的容易であることも重要だ。国では２０３０年頃には３０円／Nm３程度にまで水素の価格を抑える構想を掲げており、それには水素生成のコスト削減が必要だ。

課題もある。ごく細かなワイヤーが生えている構造は、化学的には安定した状態にあるが、一方で物理的な衝撃に弱いという。高効率な水素の合成を阻害しない改良が鍵だ。

 

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