安価な青色顔料でCO2を一段でメタンに、ファラデー効率79.5%

二酸化炭素を電気で還元して燃料に戻す研究では、銅が長く主役だった。炭素どうしをつなぐ働きを持つ数少ない金属だからである。ただし銅には難点がある。反応が一つの生成物に収束せず、メタン、エチレン、エタノール、一酸化炭素などが混ざって出てしまう。分離の手間が増えれば、その分だけ実用から遠のく。

東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の藪浩教授らの研究グループが選んだのは、銅フタロシアニンである。青色顔料として印刷インキや塗料に広く使われている化合物で、安価かつ入手しやすい。銅原子が有機分子の環に組み込まれた構造を持ち、金属としての銅とは反応の挙動が異なる。

報告された性能は次のとおりである。ファラデー効率は最大79.5%に達した。流した電子のうち約8割がメタンの生成に使われた計算になる。電流密度は最大575mA/cm²で、これは単位面積あたりの処理量にあたる。150mA/cm²の条件では、メタン選択性60%超を約80時間維持した。

数値のうち実用性を測るうえで重いのは、最後の80時間である。触媒は運転を続けるうちに劣化するのが通例で、初期性能の高さだけでは判断できない。研究グループは、生成物が混ざりやすい従来の銅ナノ粒子触媒に比べ、長時間運転で安定していた点を成果として挙げている。

用途の側から見ると、メタンは既存の都市ガス網やLNGの設備がそのまま使える点に利がある。回収したCO2をメタンに変えれば、既存インフラに乗せられる。研究グループは今後、産業排ガスから回収したCO2や大気直接回収（DAC）で得たCO2を使った試験を予定している。実用条件下での性能を見極めるには、触媒と電解槽システムのさらなる開発が必要だとしている。

北海道大学およびスタートアップのAZUL Energyとの共同研究で、成果は学術誌Smallに掲載された（DOI 10.1002/smll.75041）。