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光合成を行うタンパク質(画面上)を示して説明する天能精一郎教授=神戸市灘区六甲台町、神戸大
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光合成を行うタンパク質(画面上)を示して説明する天能精一郎教授=神戸市灘区六甲台町、神戸大

 植物に倣い、光のエネルギーと水から酸素や炭水化物を作る「人工光合成」の研究が、兵庫県内の研究機関で進んでいる。神戸大のグループが昨年、神戸・ポートアイランドのスーパーコンピューター「京(けい)」で、シミュレーション研究を開始。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。

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