2022年版 人工光合成市場の現状と将来展望

本調査レポートでは、人工光合成技術の実用化に向けた研究機関・企業の研究成果や研究開発のトレンド、実用化に向けた課題を分析するとともに、2050年までの市場を展望する。

発刊日
2022/09/30
体裁
A4 / 114頁
資料コード
C64111000
PDFサイズ
13.5MB
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調査資料詳細データ

調査概要
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調査目的:本調査レポートでは、人工光合成技術の実用化に向けた研究機関・企業の研究成果や研究開発のトレンド、実用化に向けた課題を分析するとともに、2050 年までの市場を展望する。
調査対象
・太陽光エネルギーを利用した水分解による水素や酸素の生成、および二酸化炭素の還元による有機化合物の合成という二つの反応に係る研究開発動向
・市場規模は水分解により生成される水素が対象
調査方法:弊社専門調査員による直接面接取材および文献による調査
調査期間:2022年7月~2022年9月

調査結果サマリー
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人工光合成の世界市場に関する調査を実施(2022年)
2050年のソーラー水素世界市場規模は95億円に達する見通し
~「夢の技術」である人工光合成の社会実装が視野に入る~

資料ポイント
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  • ソーラー水素の市場規模を2050年まで予測
  • 主要国の水素戦略、研究開発プロジェクトを掲載
  • 人工光合成に係る論文数を調査
  • 光触媒の研究で先行する日本の主要研究機関の研究内容を掲載

リサーチ内容

調査結果のポイント

第1章 人工光合成市場の将来展望

人工光合成市場の将来展望
  世界をリードする光触媒の研究成果をベースに
  ソーラー水素製造技術の実用性検証が活発化
  2050年の市場規模はソーラー水素95億円
  ソーラー水素製造装置部材500億円に達する見通し
    (表)部門・業種別の水素利用量見通し(世界)
    (表)ソーラー水素 世界市場規模予測
    (2030年、2035年、2040年、2045年、2050年:重量・金額)
    (図)人工光合成の社会実装スケジュール
    (表)ソーラー水素 国内市場規模予測
    (2030年、2035年、2040年、2045年、2050年:重量・金額)
    (表)ソーラー水素製造装置部材 世界市場規模予測
    (2030年、2035年、2040年、2045年、2050年、金額)
    (図)人工光合成型化学プラントのイメージ図
    (図)ソーラー水素 世界市場規模予測
    (2030年、2035年、2040年、2045年、2050年:重量・金額)
    (図)ソーラー水素 国内市場規模予測
    (2030年、2035年、2040年、2045年、2050年:重量・金額)
  人工光合成のさらなるブレークスルーに向け
  一里塚となる早期の社会実装が望まれる

第2章 人工光合成の研究開発動向

1.人工光合成の研究開発動向
  1-1 人工光合成の概要
    (1)水分解反応
    ①半導体光触媒
    ②金属錯体・色素分子触媒
    (2)二酸化炭素還元反応
    ①半導体光触媒
    ②金属錯体・色素分子触媒
  1-2 世界の研究開発動向(学術論文データベースを用いた文献調査)
    (3)分析結果
    ①論文件数の推移
    (表)世界の論文件数推移(2017-2022年)
    ②地域別論文数推移
    (表)地域別論文数推移(2017-2022年)
    (表)国別論文数推移(2017-2022年)
    ③研究機関別論文数
    (表)主要機関の論文件数
    (図)世界の論文数推移(2017-2022年)
    (図)地域別論文数推移(2017-2022年)
    (図)地域別論文数推移(2017-2022年:酸化)
    (図)地域別論文数推移(2017-2022年:還元)
2.人工光合成の政策動向
  2-1 水素関連の政策動向
    (1)日本における水素関連政策
    (表)水素コスト低減に向けた方策
    (図)水素分野における戦略等の策定状況
    (表)水素・燃料電池技術の重点分野と重点項目
    (図)2050 年カーボンニュートラルのシナリオ
    (図)2050年に向けて成長が期待される14の重点分野と目標
    (表)水素・燃料アンモニア産業(水素)の成長戦略「工程表」
    (2)EUにおける水素関連政策
    (3)ドイツにおける水素関連政策
    (4)米国における水素関連政策
    (5)中国における水素関連政策
  2-2 人工光合成関連の研究開発プロジェクト
    (1)日本の研究開発プロジェクト
    (表)日本における主な研究開発プロジェクトの概要
    ①経済産業省:二酸化炭素原料化基幹化学品製造プロセス技術開発
    (表)研究開発項目と実施内容概略
    ②経済産業省:アルコール類からの化学品製造技術の開発
    ③環境省:人工光合成技術を活用した二酸化炭素の資源化モデル事業
    (図)「人工の葉」型の光CO2還元素子
    ④文部科学省:戦略的創造研究推進事業
    ⑤文部科学省:科学研究費助成事業
    (図)科研費における人工光合成関連の採択件数推移(2000~2022年度)
    (図)科研費における人工光合成関連の研究機関別採択件数(2000~2022年度累計)
    (図)科研費における人工光合成関連の研究種目別採択件数(2000~2022年度累計)
    (図)科研費における人工光合成関連の配分額(2000~2022年度累計)
    (2)米国の研究開発プロジェクト
    ①Joint Center for Artificial Photosynthesis(JCAP)
    (表)ローレンス・バークレー国立研究所の研究成果
    (表)Roundtable on Liquid Solar Fuelsにて創出された優先研究課題
    ②The Liquid Sunlight Alliance (LiSA) 
    (表)LiSAの研究開発内容
    ③The Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels (CHASE)
    (表)優先研究課題においてCHASEの推進する研究及び役割
    (3)欧州の研究開発プロジェクト
    ①Photoelectrochemical Demonstrator Device for Solar Hydrogen Generation (PECDEMO)
    ②Fuel from Sunlight:
    Covalent Organic Frameworks as Integrated Platforms for Photocatalytic Water Splitting and CO2 Reduction (COFLeaf)
    ③LEAF:
    An Artificial Leaf: a photo-electro-catalytic cell from earth-abundant materials for sustainable solar production of CO2 based chemicals
    ④eSCALED:Europea School on Articial Leaf: Electrodes Devices
    ⑤SmArtC:Development of a Semi-Artificial Chloroplast
    ⑥Decouple Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to High Value Products
    ⑦LICROX: Light assisted solar fuel production by artificial CO2 Reduction and water Oxidation
    ⑧SoFiA:Soap Film based Artificial Photosynthesis
    ⑨MatEnSAP:Semi-Artificial Photosynthesis with Wired Enzymes
    ⑩HyMAP:Hybrid Materials for Artificial Photosynthesis
    ⑪WEPOF:Watching Exciton in Photoactive Organic Frameworks
    ⑫SUPRAWOC:Supramolecular Architectures for Ruthenium Water Oxidation Catalysis
    ⑬2D-4-CO2:
    Designing 2D Nanosheets for CO2 Reduction and Integration into vdW Heterostructures for Artificial Photosynthesis
    ⑭DecoHVP:Decouple Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to High Value Products
    ⑮SolarFUEL:
​    Gas Diffusion Electrodes and Flow Cells for Photoelectrochemical CO2 Conversion into Multicarbon Alcohols
    ⑯CHALCON:Chalcogenide-Silicon tandem PEC for CO2 reduction
    ⑰HyPhoCO:Organic/Inorganic Hybrid Photoelectrodes for sustainable CO2 reduction
    (4)中国の研究開発プロジェクト
    ①BiVO4のファセットに選択的に光電析出させた助触媒の解明により太陽熱水分解を促進
    ②光触媒を用いない水素製造のための水安定性Ni金属有機フレームワークおよびナノ粒子の開発
    ③アゾ化合物の不均一光合成を促進する気液固相分離流のチューニング
    ④太陽光燃料生産に向けた粒子状光触媒の効率認定とテストプロトコル

第3章 人工光合成 主要研究機関・企業の動向

国立研究開発法人産業技術総合研究所
実用化シナリオを掲げ、社会実装可能な人工光合成技術の研究を推進
経済合理性の高い二つの製造方法の研究を重点化
①光触媒-電解ハイブリッドシステムによる安価な水素製造技術の開発
②半導体光電極および電極触媒技術を用いた水素・高付加価値の有用化学品製造技術の開発
 
国立大学法人千葉大学
独自の選択X線分光法を活用し
CO2燃料化光触媒の本質解明に取り組む
CO2をメタノールに変換する層状複水酸化物を発見
CO2還元によりメタンを生成する0価Ni- ZrO2光触媒を開発
13CO2を試薬に用いて反応経路の解明にも成功する
 
人工光合成化学プロセス技術研究組合(ARPChem)
世界トップレベルの研究成果・技術を融合させ
経済合理性のあるグリーン水素製造技術の確立を目指す
可視光応答型光触媒を相次ぎ開発
100m2規模でのソーラー水素製造の実証試験にも成功
第二期人工光合成PJが始動、早期の社会実装を見据えた技術開発を加速させる
 
国立大学法人東京工業大学
水分解/CO2還元反応系で新たな研究領域を開拓
従来の常識を超えた新規複合アニオン化合物を相次ぎ発見
超分子との複合化により高難度な物質変換反応を実現する
 
学校法人東京理科大学
計算科学との融合研究により
人工光合成の実現に向けた高活性光触媒の探索・開発を加速
二酸化炭素を価値のある物質に変換する科学技術の開発を目指し
2022年1月にカーボンバリュー研究拠点を開設
可視光応答型の水素・酸素生成系、二酸化炭素還元系の光触媒を数多く見出し
人工光合成研究の進化に多大な貢献を果たす
 
東洋エンジニアリング株式会社
EPC事業で培った知見・経験を活かし
高効率かつ安全な水分解による水素製造技術の確立に取り組む
新技術・事業開拓とEPC強靭化の二つの戦略を軸とした中期経営計画を推進
水素/酸素分離技術を独自に開発し
2030年までに産学連携による人工光合成技術の商業化を目指す
 
国立大学法人富山大学
ナノ材料化学と人工光合成技術を駆使し
カーボンニュートラル実現への貢献を目指す
独自開発の表面装飾技術を活かし、SWCNT光触媒の合成に成功
近赤外光照射下で世界最高レベルのAQYを達成する
SWCNTへの色素内包、TiO2とのハイブリッド化による光触媒の高活性化を推進
 
国立大学法人新潟大学
新規機能性材料の開発と集積・融合による
革新的な人工光合成系の構築に取り組む
独自に見出した光異性化反応を利用し
低原子価ルテニウム(III)オキソ錯体によるO-O結合形成の実証に成功
超低過電圧での水分解を可能とする高活性酸素発生触媒の開発に成功
高効率水電解セルと2接合GaAs太陽電池を組み合わせ、世界最高水準のSTH13.9%を達成

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