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2011年5月23日 (月)

ナノテクノロジーが環境にやさしい農業を可能に

ナノテクノロジーが環境にやさしい農業を
可能に

20 May 2011 RIKEN Research Highlights

詳細は、リンクを参照して下さい。

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太陽エネルギーを利用する「ナノ合金」
触媒が、二酸化炭素を出さずに、硝酸イオン
をアンモニア肥料に変換する


Low_4811
図1: 銅−パラジウム触媒(緑と青の球)
は、紫外線(hν)を用いて高エネルギー
電子(e-)を生成させることにより、
化石燃料を用いることなく水素(H0)を
発生させ、硝酸イオン(NO3-)を
アンモニア(NH3)へと変換する。
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アメリカ化学会より許可を得て、
参考文献1より転載。


 農産物の収穫量は、合成アンモニア
(NH3)肥料の利用によって着々と増加して
きたが、こうして得られた高い生産性には
犠牲が伴う。合成アンモニアを過剰に使用
すると硝酸イオン(NO3-)の土中濃度が
増加し、地下水を汚染する可能性がある
だけでなく、有害なアオコの栄養源にも
なるのだ。さらに、工業的にアンモニアを
製造する過程ではエネルギーを大量に消費
して、温室効果ガスの排出量増加の一因と
なっている。

 このほど、理研大型放射光施設SPring-8
(兵庫県佐用町)の高田昌樹主任研究員と
山内美穂研究員らは、2種類の金属からなる
ナノ触媒を合成し、アンモニア肥料の欠点
を解消する、理想的な方法を発見した1。

 この触媒は光活性を持ち、太陽エネルギー
により水から水素ガスを発生させ、NO3-を
効率よく変換してNH3に戻すが、その際、
二酸化炭素が発生しない。

 アンモニアを合成する際には化石燃料を
使って生産した水素を使うことがほとんど
だが、今回の方法では、太陽エネルギーを
用いることで化石燃料の使用を回避した。

 ナノ合金を感光性の二酸化チタン(TiO2)
上に蒸着させた材料では、紫外線により
高エネルギー電子が生成される。
 この電子の作用により、まず、単純な
メタノール水溶液から水素ガスが生成
される(図1)。
 そして、メタノール溶液にNO3-を加える
と、CuPd/TiO2触媒により、80%近くが
アンモニアへと変換される。
 このすばらしい化学選択性は、光触媒作用
で生成される反応性に富む水素が、CuPdの
表面付近に高濃度に存在していることに
よると考えられる。
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良いですね。

太陽エネルギーを利用して、環境に
やさしい農業を可能にする。

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