日本京都大学的研究小组开发出一种以太阳能作为驱动力的可持续制氢方法和氢化方法。

氢气（H₂）有望成为清洁的下一代能源，并且还可以用于合成药物和香料。市场上超过90％的氢是以化石资源为原料合成的，但是从可持续性的角度来看，有必要将其替换为利用可再生资源的技术。例如，乙醇是通过生物质发酵产生的可再生资源。

本项研究中，该研究小组开发出一种可作为氢载体发挥作用的有机化合物。该氢载体可以利用太阳能为驱动力，并利用乙醇为氢源进行合成和再生。通过使用这种氢载体，可以制造氢或者氢化有机化合物。该方法有望作为可持续制氢方法和氢化方法。

本研究的概要图

背景

氢气（H₂）是一种清洁的下一代能源，可用于合成药物、农药和香料等。市场上超过90％的氢气是以化石资源为原料合成的，但是从可持续性的角度来看，有必要将其替换为利用可再生资源的技术。乙醇是通过生物质发酵产生的可再生资源，作为氢气的原料也极具吸引力。然而，目前尚存在需要输入能量以从乙醇中提取氢的课题，因此亟需开发一种使用可再生能源的方法。另外，与氢有关的另一个课题是开发一种安全且方便地储存易燃易爆氢气的方法。虽然利用氢载体将氢储存在稳定的有机化合物中的方法备受关注，但是仍存在需要大量能量来储存和产生氢气的课题。

研究方法和成果

该研究小组的研究目标是利用太阳能进行化学合成。在本项研究中，研究小组重点研究了易于获得的有机化合物酮1的光反应（图1）。将酮1的乙醇溶液放入用于食品储藏的高阻隔塑料袋中进行密封（图2），使用阳光照射后，酮1吸收阳光而发生反应，从乙醇中获取氢，并生成1，2-二醇2。产生的1，2-二醇2将太阳能作为化学能进行储存。研究发现，当将钯催化剂施加于1，2-二醇2上时，1，2-二醇2利用所储存的能量作为驱动力生成氢气并返回至酮1（图3）。产生的氢气可以用于有机化合物的合成，并且可以利用阳光和乙醇将生成的酮1再次转化为1,2-二醇2。即，1,2-二醇2充当氢载体，可以使用可再生资源的阳光和乙醇进行再生。此外，1,2-二醇2在常温常压下为固体，可以储存在普通的塑料瓶中，并且可以在常温大气中保存至少半年而不会分解。

研究效果和展望

本次研究成果提供了一种简单的制氢方法和氢化有机化合物的方法，其中，在制氢方法中，利用太阳能作为驱动力，并使用可再生资源乙醇作为氢源。利用太阳能来合成1,2-二醇并对其进行储存（已证实，即使在阴天和小雨天气中该反应也会进行），以在需要时生成氢气。另外，为了安全地储存氢气，需要一种具备氢气检测功能的排气系统，但是本次开发的氢载体可以储存在常温常压下，因此不需要大型设备。本研究的方法有望成为一种实验室水平上的简单制氢方法。

图1：利用阳光从乙醇吸收氢的反应

图2：利用阳光进行反应的容器

图3：由1，2-二醇2生成氢气

太阳能制氢 | 从乙醇中获取氢并产生氢气的有机化合物的开发