在利用太陽光、水、二氧化碳製造化工産品的人工光合作用技術的實用化方面，大日本印刷（DNP）正在作為關鍵參與者浮出水面。該公司的目標是利用在液晶薄膜業務中積累的可增大光催化劑面積的技術，將作為量産分界線的製造成本實現「每平方米1萬日元以下（約合人民幣503元）」納入視野。日本企業致力於光催化劑方式，而歐洲企業則以光伏電池方式加以對抗，為了更先實現人工光合作用技術的實用化，相關競爭正日趨激烈。

     

  

      人工光合作用可産生氫氣，並以二氧化碳為原料，因此可對實現脫碳社會發揮重要作用。其工序分為三個步驟：（1）把水分解成氫氧混合氣體、（2）從混合氣體中提取氫氣、（3）利用氫氣和二氧化碳合成化工産品。拉開技術差距的是將水分解成氫氧混合氣體的工序，各企業正在如何提高分解效率和降低成本上展開激烈競爭。

   

       應用大尺寸面板印刷技術

 

      「如果運用本公司的製造方式，就能在不降低性能的情況下實現更大尺寸的光催化劑薄片」，7月中旬，在大型企業匯聚一堂的日本「人工光合作用化學工藝技術研究組合」（ARPChem）的技術研討會上，大日本印刷的相關負責人展示了對印刷技術加以應用的例子。

    

日本人工光合作用化學工藝技術研究組合在野外實施的光催化劑方式的實證試驗（茨城縣石岡市）

   

      大日本印刷擁有通過大尺寸液晶面板的濾色器等培育出來的技術。設想利用印刷機將粉末狀光催化劑塗覆在襯底上。由於一次可以製作出大量的大尺寸薄片，由此降低製造成本。對於實現量産化的一項製造成本目標，即「1平方米低於1萬日元」，該公司已經看到了實現這一目標的眉目。

     

      以往的技術只能勉強做出25釐米見方的薄片，如果採用大日本印刷的技術，有望將面積擴大到現在的數倍。

 

      在ARPChem擔任研究負責人的東京大學特聘教授堂免一成表示「（如果擴大面積的技術確立）不用製作很多枚，就可以確保充足的受光面積」。

        

      光伏電池在製氫成本上佔有優勢

 

      轉換效率能達到多高也是實用化的關鍵。這裡的轉換效率是指從照射在光催化劑上的太陽光的能量能製備出百分之幾的氫氣等。

    

用光照射光催化劑薄膜後，水會被分解成氧氣和氫氣，並以混合氣體的形態排出

     

      要想實現實用化被認為需要達到10％的轉換效率。而要達到10％的轉換效率，需要塗佈在基板上的高品質光催化劑。鉭及鈦化合物等多種材料被寄予厚望，為了提高品質，需要儘量減少這些材料的結晶構造存在的缺陷。沒有自主技術的大日本印刷與屬於ARPChem的其他公司合作將是今後的課題。

 

      人工光合作用的技術有兩種方式，分別是使用日本研究人員發明的光催化劑的方式和國外企業採用的利用光伏電池産生的電來分解的方式。

 

      目前，利用光伏電池製氫的生産成本為每千克氫500日元（約合人民幣25.13元）左右，不到光催化劑方式的一半。如果大日本印刷等的量産化技術確立，將來即使採用光催化劑方式也有可能降低製氫成本。

 

      德國西門子能源已經開始在法國建設配備5.5萬千瓦光伏電池的製氫設施等，歐洲企業正在加快實現實用化的步伐。面向人工光合作用的實用化，已經逐漸看到根據確立技術的速度定勝負的態勢。

 

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網）三隅勇氣

   

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