脱炭素化社会における新しいエネルギーとして注目されている水素について、前回『次世代エネルギー「水素」利用の技術開発はここまで進んでいる』で取り上げました。そこでも述べたように、水素を得る方法には、よく知られた水の電気分解があります。しかし、電気の使用は脱炭素化に逆行することになります。

一方、太陽光を使って水を簡単に水素と酸素に分解し、これらを燃料電池として使い、電気発生後に生成する水をまた太陽光で分解するプロセスは、水素・酸素・水が循環する究極の再生可能エネルギーとなるはずです。これをどう達成するか、ヒントは自然界の光合成にあります。

自然界の光合成の仕組み

小・中学校で習う光合成は、太陽のエネルギーを使って、CO2と水から有機化合物の一種である糖質（デンプン、セルロースなど）と酸素を産生する反応として知られています。しかし、この反応は一つの反応ではなく、複雑な多くの反応が連続して進行する多段階反応です。

その反応は、太陽の光エネルギーを吸収して化学変化がおこる「明反応」と、その産生物を使ってCO2から糖質を合成する「暗反応」の2つの反応に大別されます。

明反応のステップでは、光エネルギーによって水が分解し、酸素と水素イオンと電子が生じます。この酸素が大気中に存在する酸素の源なわけですから、光合成がいかに貴重な反応であるかが分かります。