銅の潜在的相転移：グリーンアンモニア製造への道筋

2025年11月の終わりに、化学の世界に大きな衝撃が走りました。東京都市大学の天野文昭教授らが主導する研究チームが、アンモニア製造における百年の常識を覆す可能性を秘めた画期的な手法を発表したのです。

この発見は、化学産業のあり方を根底から変えるポテンシャルを秘めています。

「隠れた銅スイッチ」とは何か？その進歩の核心

研究者たちは、酸化銅（Cu₂O）を基盤とする触媒を用いた硝酸塩の電気化学的還元プロセスを詳細に調査しました。その結果、高効率化の鍵が、反応過程中にCu₂Oが金属銅（Cu⁰）へと相転移する「隠れた銅スイッチ」にあることを突き止めました。この相転移こそが、アンモニア生成に不可欠な、亜硝酸イオンへの水素付加という重要なステップを活性化させるのです。

特筆すべきは、この合成プロセスが、従来のハーバー・ボッシュ法とは異なり、室温・常圧下で進行する点です。ハーバー・ボッシュ法は極端な高温高圧を必要とし、世界のCO₂排出量の1.4%を占める原因となっています。この新しいアプローチは、環境負荷の大きい既存プロセスからの脱却を示唆しています。

環境とエネルギー分野における重要性

世界の食糧供給の約40%を支えるアンモニアの伝統的な製造方法は、化石燃料への依存と莫大なエネルギー消費を伴います。しかし、この新規手法により、再生可能エネルギーを利用した「オンデマンド」でのアンモニア生産が可能になります。これは、分散型プラントの実現や、電力系統の負荷変動に対する柔軟な対応を可能にする道を開きます。

さらに、実験では触媒の活性を電気電圧によって制御できることが確認されました。具体的には、正の電圧を印加すると合成反応が停止し、負の電圧を印加すると反応が促進されるという、まさにスイッチのような挙動を示したのです。

変革の展望と課題

この研究の全成果は、学術誌「ChemSusChem」に掲載されています。しかし、基礎研究としての成功は収めたものの、技術を実用化するためには、スケールアップ、触媒の耐久性向上、そして電気化学セルの最適設計といった課題の解決が不可欠です。

近い将来、実際の運用環境下でシステムの信頼性を検証するためのパイロットプロジェクトが開始される見込みです。

この革新的な技術は、産業の脱炭素化に向けた新たな地平を切り開き、現代科学がいかにして確立されたプロセスを環境に優しく、かつ効率的なものへと劇的に変革できるかを示す好例と言えるでしょう。