低炭素社会の実現の鍵は、太陽光から水素を作り出す技術

水素エネルギーが注目されるワケ

低炭素社会の実現に向けて注目されているのが「水素エネルギー」です。水素は、燃焼しても水しか排出しないクリーンなエネルギーです。また、電気と違って貯蔵にも適しています。水素自動車が期待される理由はそこにあります。ところが、現状では水素の製造には石油のような化石燃料が使われています。化石燃料は有限なので、持続的な低炭素社会の実現に向いていません。そこで、自然エネルギーから水素を生み出す「グリーン・イノベーション」が求められています。

光を吸収する窒化物半導体を利用

中でも注目されるのが、太陽光から水素を生み出す技術です。窒素の化合物である窒化物半導体に光を吸収させ、そこから電子を取り出し水と反応させると水素が発生します。半導体はそれだけでは電気を通しませんが、この半導体は光を吸収すると電気が通ります。つまり電子が自由に動き回れる状態に変化するのです。この高いエネルギー状態になることを「励起（れいき）」と言います。そして、このエネルギーを水素に変換させるわけです。
このエネルギー差が大きいほど「バンドギャップが大きい」と言い、高いエネルギーを抽出できます。窒化物半導体はバンドギャップの大きな物質です。実はこれは、電気を通すと光る青色発光ダイオードと同じ材料です。光を発する窒化物半導体は逆向きのプロセスにも使えるのです。

半導体の製造技術がこれからの課題

実用化にはいくつかの課題があります。まだまだエネルギーの変換効率が十分ではありません。改善しつつありますが、さらに高める必要があります。また、太陽光といっても今はその中の紫外線しか利用していません。太陽光に含まれる可視光も利用すれば、さらに多くのエネルギーを取り出すことができます。そのためには、理想的な結晶構造の半導体をいかに安定的に作り出すかが重要になりますが、これが難しい問題なのです。この壁を突破できれば、低炭素社会実現の速度が急加速することは間違いありません。

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山口大学工学部電気電子工学科教授横川俊哉先生

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電気電子工学

メッセージ

大学では「青色ダイオード」の研究をしていました。現在は光とエネルギーをテーマに、3つのテーマで研究を進めています。1つは「太陽光で水素を作る光触媒技術の研究」、2つ目は電気自動車などのモータに使用される「パワートランジスタの開発」、3つ目は「窒化物半導体を利用したレーザー」の研究です。いずれも低炭素社会、省エネルギー、新エネルギー創造につながる革新的な技術です。研究で大切なのは、夢を持つことです。ぜひ大学では夢と高い志を持って挑戦してほしいと思っています。

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