生体触媒による排ガスおよび大気レベル低濃度CO₂の資源化―酸化還元酵素の卓越した機能を利用した脱炭素技術の実現―

研究者情報

概要

　京都大学大学院農学研究科の小林亜美 博士後期課程学生、足立大宜 同特定研究員、市川小夏 同博士後期課程学生、北隅優希 同准教授、白井理 同教授、宋和慶盛 同助教らの研究グループは、Methylorubrum extorquens AM1由来のギ酸脱水素酵素（FoDH1）が触媒するCO₂還元反応を利用し、気体状CO₂を資源化するバイオデバイスを開発しました。そして、大気や排ガスに相当する低濃度のCO₂を回収できることを実証しました。

　持続可能な社会の実現に向けた戦略の一つとして、CO₂を有用な化合物へ変換する脱炭素技術の開発が期待されています。現在、無機触媒を用いたメタネーション技術がすでに実証試験段階にありますが、CO₂の回収・分離工程が不可欠であることに加え、高温・高圧の反応条件や副生成物の生成による変換効率の低下が課題となっています。一方で、生体触媒である酵素による触媒反応は、省エネルギーかつ低環境負荷な技術基盤として近年注目を集めています。特に、酵素と電極を電気的に接続し、人為的に触媒反応を制御する直接電子移動型酵素電極反応（DET型反応）は、常温・常圧下で高効率かつ高選択的な反応を実現することができます。本研究で着目したFoDH1は高いDET型CO₂還元活性と酸素耐性を有しており、2022年に立体構造が解明されたことで、酵素－電極間相互作用に基づく合理的な反応場設計が可能となりました。そこで本研究では、FoDH1を活用し、高効率なCO₂資源化バイオリアクターの開発を行いました。通常のFoDH1によるDET型反応は、基質であるCO₂を溶解した溶液中で行われますが、CO₂の溶解と拡散が律速段階となり、電極への迅速なCO₂の供給が困難でした。そこで、気体を直接反応場へ供給できるガス拡散型電極（GDE）を利用したシステムを構築しました。そして、本システムが排ガス中のCO₂濃度に相当する10%以下の低濃度CO₂領域において優れたCO₂還元活性を示すことを実証し、さらに、大気中濃度（0.04%）においても明瞭なCO₂還元反応を観測できました。

　本研究成果は、2026年8月3日に、国際学術誌「ACS Omega」にオンライン掲載されました。

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