大阪公立大学の研究者たちは、バッテリーベースの制御装置を排除しつつ、より信頼性高く太陽燃料を生成できる人工光合成システムを開発した。彼らは自己調整化学部品を電解槽に直接組み込むことで、複雑さとコストの両方を削減した。なぜなら、「壊れたり充電切れになる部品を取り除く」ほどエレガントな解決策はないからだ。
植物が何百万年も特許なしでやってきた光合成のように、人工光合成は太陽光を使って水と二酸化炭素をエネルギー豊富な化合物に変換する。その一つがギ酸で、燃料としてもエネルギー貯蔵としても使える化学物質だ。太陽が休憩を取る日に便利である。
これらのシステムの中心は電解槽で、太陽電池からの電気を化学エネルギーに変換し、ギ酸などの燃料として貯蔵する。問題は？太陽光は悪名高いほど不安定で、一日中変化するという厄介な癖がある。これに対処するため、ほとんどの人工光合成システムは最大電力点追従（MPPT）を使用する。これは電圧と電流を継続的に調整し、太陽電池がピーク電力を供給できるようにする方法だ。しかし、従来のMPPT設定は通常、エネルギー流を平滑化するためにバッテリーと追加の電子機器に依存する。確かに機能するが、コストと複雑さも増す。まるで、本当はドライバー一本で済む作業にスイスアーミーナイフを持ち込むようなものだ。
大阪公立大学人工光合成研究センターの松原康郎准教授と天尾豊教授が率いるチームは、Iida Group Holdings Co., Ltdと協力し、電解槽自体を再設計した。彼らのアプローチは、特別に設計された固体電解質を装置に直接組み込み、電解槽が自動的にMPPTを実行できるようにするものだ。バッテリーは不要。太陽光が増えると電解槽が加熱され、電気抵抗が低下し、電気がより自由に流れるようになる。「これによりシステムが自動的に電気的挙動を調整する」と天尾教授は説明した。まるで、鍋に蓋をすると水が早く沸騰するという発見以来の、複雑な問題に対する最も満足のいくシンプルな解決策のように聞こえる。
実際の屋外条件下でテストしたところ、システムは太陽光が神経質な株式市場のように変動しても、水とCO2から一貫してギ酸を生成した。「成功すると確信していた」と松原准教授は述べ、システムが以前に2025年大阪関西万博でミニチュアジオラマを動かしたことを指摘した。研究成果はEES Solarに掲載され、資料は大阪公立大学から提供された。科学にも時々PRが必要だからだ。