人工光合成の世界市場は、資金援助と研究開発の増加に伴い、2028年までに16.6%のCAGRで成長すると予測

2022年9月5日 team 人工光合成

Stratistics MRCによると、人工光合成の世界市場は2021年に5600万ドルを占め、2028年には1億6410万ドルに達し、予測期間中に16.6％のCAGRで成長すると予測されています。人工光合成は、太陽光のエネルギーを燃料の化学結合に変換して貯蔵するプロセスである。自然の光合成のプロセスを再現するものです。人工光合成は、大規模な水素製造をより迅速かつ効率的に行うことができ、燃料電池自動車の普及を加速させる可能性があります。

燃料電池技術の研究開発に対する政府の資金援助や補助金は、市場成長の重要な原動力となっています。米国エネルギー省（DOE）は、太陽光から燃料を生成する研究に、5年間で最大1億ドルを投資する計画を発表しました。同省のFuels from Sunlight Hubプログラムへの支出は、この競争が激しく有望な研究分野に米国の科学技術資源が長期的に投入されることを意味する。ヨーロッパでは、ドイツ、スペイン、フランスが、水素生成や炭化水素生成を含むさまざまな用途の人工光合成の研究活動に力を入れています。いくつかの研究機関は、研究活動を加速させるためにOEMと協力しています。ドイツでは、エボニックとシーメンス・エナジーが、二酸化炭素と水を使って化学品を作るパイロットプラントを開始しました。このプロジェクトはRheticusと呼ばれ、ドイツ連邦教育・研究省（BMBF）から総額630万ユーロの資金援助を受けています。マール市にあるパイロット施設では、人工光合成技術を導入し、バクテリアの力を借りて電気分解によりCO2と水から化学物質を生産します。このプロジェクトは、炭素循環を閉じてCO2排出を削減することを目的としています。

電気分解は、水素と二酸化炭素を結合させ、価値ある燃料を得るという難しいプロセスです。自然の光合成は、太陽光、水、二酸化炭素という豊富な資源を利用して、酸素とエネルギーに富んだ炭水化物を生成します。人工の葉が未来の燃料電池になるかもしれないが、製造コストが重要な問題として残っている。人工光合成の高効率化には、最も大きな障害のひとつがある。この研究では、より高い動作効率を達成するために、高価な触媒を使用することを試みた。さらに、高効率を実現するための光触媒の相性もあり、研究コストがかさむ。そのため、初期投資や研究コストが高く、市場の足かせになっている。

現在使用されている水素は、メタンと高温の水蒸気を触媒で反応させ、水素と一酸化炭素、少量の二酸化炭素を生成する水蒸気メタン改質というプロセスが主流となっている。この後、一酸化炭素、水蒸気、触媒を反応させ、さらに水素と二酸化炭素を作る。最後に、汚染物質と二酸化炭素を除去し、純粋な水素だけを残す。米国カリフォルニア州にあるLiquid Sunlight Alliance（LiSA）とバークレー研究所の化学科学部門の研究チームは、太陽光と二酸化炭素をエチレンと水素という有望な再生可能燃料に変換する人工光合成装置部品のプロトタイプを開発しました。環境に優しい水素やクリーンな燃料の需要は、資金や補助金の増加により、ますます高まっています。例えば、米国エネルギー省（DOE）は、水素と燃料電池の研究開発に最大1億米ドルを投資しています。さらに、チリ、日本、ドイツ、サウジアラビア、オーストラリアなどの主要国も、グリーン水素に多額の投資を行っています。今回の発見は、実験装置の劣化現象を示すとともに、予防策を提案するものです。また、人工光合成において光合成の劣化に寄与する電子と「正孔」と呼ばれる電荷キャリアについても明らかにしました。

人工光合成は、太陽光を利用して、資源から価値の高い化合物を生産する技術である。人工光合成は、持続可能な燃料や化学物質を生産するための最も有望な技術と考えられています。近年の研究により、光電変換効率の高い光吸収型半導体や、原料をさまざまな製品に変換するための触媒が開発されている。これらの成果は、人工的な光合成が可能であることを示している。水をH2とO2に分解するためには、集光素子と触媒を一体化したデバイスが必要である。光アノード材料の安定性と性能を向上させる必要がある。CO2をCO、メタン、エチレンなどの製品に変換するためには、最適化された触媒が必要である。活性、選択性、安定性のバランスを取りながら、それぞれの反応に適した遷移金属触媒を見つけることは困難です。

光電気触媒は、不均一系光触媒と電気化学的手法を組み合わせた強力な方法です。この方法は、バンドギャップエネルギー以上の光エネルギーを照射された半導体が、同時に傾斜電位によってバイアスされることを利用するものである。この触媒を用いた人工光合成では、光の吸収、電荷の分離、電気エネルギーから化学エネルギーへの変換、触媒による変換など、プロセスにおける重要な化学的ステップを個別に最適化することが可能である。

光電気化学セルは、自然の光合成による水分解反応を模倣する最も一般的な人工光合成アプローチの一つとして使用されている。光電気化学セル（PEC）は、半導体や光増感剤への光源を利用して電気エネルギーを生成したり（色素増感太陽電池に類似）、化学反応を引き起こして化学結合の形でエネルギーを貯蔵したり（水の分解による水素の生成など）するデバイスの一種である。

アジア太平洋地域は、最も高い市場シェアを占めると予測されています。同地域は、国別に日本、中国、インド、韓国に区分されています。同州は、発電を含むさまざまな化石燃料を使用した事業から生じる二酸化炭素排出量を削減するという厳しい課題に直面しています。アジア太平洋地域は、温室効果ガス削減のために政府が設定した目標を達成するために、グリーンテクノロジーを導入している主要市場の一つです。さらに、日本や韓国などの国では、燃料電池やカーボンリサイクルなど、革新的なエネルギー・燃料生成技術への投資を増やしています。

北米のCAGRは最も高いと予測されていますが、これは米国における持続可能な開発プロジェクトに対する支援政策やインセンティブの存在に起因するものです。また、同地域では無停電電源装置の需要が高まっていることも、予測期間中の市場成長を後押しすると思われます。このため、さまざまなエネルギー需要に対応するため、水素などのクリーン燃料の利用が促進されています。例えば米国では、2005年エネルギー政策法第807条に基づき、水素・燃料電池技術諮問委員会（HTAC）が設立され、エネルギー省（DOE）の水素研究に関してエネルギー長官に技術的・計画的な助言を提供しています。米国エネルギー省（DOE）から研究助成金を受けられるようになったことで、国内のエネルギー効率の高いシステムの研究活動が活発化しています。このため、同州の人工光合成に関連する研究活動も活発化すると予想されます。

市場の主要企業

人工光合成市場の主要企業には、Engie、パナソニック株式会社、富士フイルム株式会社、三菱化学株式会社、株式会社東芝、株式会社豊田中央研究所、Siemens Energy、富士通、Twelve (Formerly Known As, Op. 12), Evonik Industries AG、株式会社エボニックが含まれます。

主な展開

2020年1月に。ENGIEは、8つのパートナー機関とともに、CONDORと名付けられたプロジェクトに取り組んだと発表した。CONDORは、二酸化炭素（CO2）を原料とし、太陽光を唯一のエネルギー源として燃料を製造することを目的としている。このプロジェクトでは、水とCO2を分解して酸素とH2とCOの混合ガスである合成ガスを生成する光電気化学セルと、合成ガスを二機能性不均一系触媒を介してメタノールとジメチルエーテル（DME）に変換する（光）反応器の2区画からなる光合成デバイスが提案されています。

2016年10月に富士通と東京大学が、富士通が開発した人工光合成の試験で連携。東京大学結晶界面研究室（日本）が試験場となりました。FUJITSUは、今後も光反応性電極の特性向上のため、光触媒材料やプロセス技術のさらなる進化に取り組むとともに、人工光合成技術の実現に向けて、暗反応部（CO2還元反応）およびシステム全体の技術開発に取り組んでいます。

対象となる触媒
– 水素触媒
– 光合成触媒
– 水酸化触媒

対象となるタイプ
– 光電気化学セル(PEC)
– 光電池駆動型電解槽
– ナノ粒子光触媒

対象となる技術
– 共電解
– 光電解触媒
– その他技術

対象となるアプリケーション
– 炭化水素
– 化学物質
– 工業用

対象地域
– 北米
o 米国
o カナダ
o メキシコ
– ヨーロッパ
o ドイツ
o 英国
o イタリア
o フランス
o スペイン
その他のヨーロッパ
– アジア太平洋地域
o 日本
o 中国
o インド
o オーストラリア
o ニュージーランド
o 韓国
o その他のアジア太平洋地域
– 南米
o アルゼンチン
o ブラジル
o チリ
o 南米のその他
– 中東・アフリカ
o サウジアラビア
o UAE
o カタール
o 南アフリカ
o その他の中東・アフリカ地域

【目次】

1 エグゼクティブサマリー

2 前書き
2.1 概要
2.2 ステークホルダー
2.3 調査範囲
2.4 調査方法
2.4.1 データマイニング
2.4.2 データ分析
2.4.3 データの検証
2.4.4 リサーチアプローチ
2.5 リサーチソース
2.5.1 一次調査資料
2.5.2 セカンダリーリサーチソース
2.5.3 前提条件

3 市場トレンドの分析
3.1 はじめに
3.2 ドライバ
3.3 制約
3.4 オポチュニティ
3.5 脅威
3.6 技術分析
3.7 アプリケーション分析
3.8 新興国市場
3.9 Covid-19の影響

4 ポーターズファイブフォース分析
4.1 供給者のバーゲニングパワー
4.2 バイヤーの交渉力
4.3 代替品の脅威
4.4 新規参入者の脅威
4.5 競合他社への対抗意識

5 人工光合成の世界市場（触媒別
5.1 はじめに
5.2 水素触媒
5.3 光合成装置
5.4 水酸化触媒

6 人工光合成の世界市場：タイプ別
6.1 はじめに
6.2 光電気化学セル(PEC)
6.3 光電池駆動型電解槽
6.4 懸濁型ナノ粉末光触媒

7 人工光合成の世界市場、技術別
7.1 はじめに
7.2 共電解
7.3 光電触媒
7.4 その他の技術
7.4.1 ナノテクノロジー
7.4.2 ハイブリッドプロセス

8 人工光合成の世界市場、用途別
8.1 はじめに
8.2 炭化水素
8.3 化成品
8.4 産業用
8.4.1 機械・設備
8.4.2 自動車
8.4.3 航空宇宙及び防衛
8.4.4 電力生産
8.4.5 農業

9 人工光合成の世界市場、地域別
9.1 はじめに
9.2 北米
9.2.1 米国
9.2.2 カナダ
9.2.3 メキシコ
9.3 欧州
9.3.1 ドイツ
9.3.2 イギリス
9.3.3 イタリア
9.3.4 フランス
9.3.5 スペイン
9.3.6 その他ヨーロッパ
9.4 アジア太平洋地域
9.4.1 日本
9.4.2 中国
9.4.3 インド
9.4.4 オーストラリア
9.4.5 ニュージーランド
9.4.6 韓国
9.4.7 その他のアジア太平洋地域
9.5 南米
9.5.1 アルゼンチン
9.5.2 ブラジル
9.5.3 チリ
9.5.4 南米その他
9.6 中東・アフリカ
9.6.1 サウジアラビア
9.6.2 UAE
9.6.3 カタール
9.6.4 南アフリカ
9.6.5 その他の中東・アフリカ地域

10 主要開発品目
10.1 合意、パートナーシップ、コラボレーション、ジョイントベンチャー
10.2 買収と合併
10.3 新製品上市
10.4 拡張
10.5 その他の主要戦略

11 企業プロファイリング
11.1 エンギー
11.2 パナソニック(株)
11.3 富士フイルム(株)
11.4 三菱化学株式会社
11.5 株式会社東芝
11.6 株式会社豊田中央研究所
11.7 シーメンスエナジー
11.8 富士通
11.9 トゥエルブ(旧社名:Op.12)
11.10 Evonik Industries AG

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資料コード： SMRC21458