ローゼルティーの中のアントシアニン色素で色素増感太陽電池を機能させることができます。アントシアニン色素は抗酸化物質なので、体の中の活性酸素とも闘ってくれます。

色素増感太陽電池の原理

DSSC

色素増感太陽電池は、有機色素が光を吸収して電子を酸化チタンTiO2に渡し、酸化チタン薄膜が陰極となる電池です。半導体である酸化チタンを透明電極に塗布して約450℃で焼くと、アナタース型結晶の薄膜となります。それに有機色素を吸着させたものを陰極に用います。正極には白金や炭素を用い、負極と正極の間にはヨウ素I2とヨウ化カリウムKIをエチレングリコールに溶解した電解質溶液を挟み、文房具のクリップで固定するだけでよいのです。有機色素を吸着させていない酸化チタン薄膜に太陽光を当てた場合、エネルギーの大きい紫外線だけしか役に立ちません。しかし、紫外線は太陽光中に占める割合が低い(量が少ない)ので電流はほとんど流れません。一方、TiO2に配位できる官能基(—COOHなど)を有するある種の有機色素を吸着させた酸化チタン薄膜を用いた場合、可視光を吸収することができます。可視光は紫外光よりもエネルギーが小さいにもかかわらず、太陽光に占める割合が圧倒的に多いので、利用しない手はないわけです。それではどうすればよいでしょう。可視光を吸収した色素は電子をTiO2の伝導帯に落とすことができます。このときに必要な励起エネルギーは、色素なしの条件でTiO2の価電子帯から伝導帯に電子を励起させる紫外線のエネルギーよりもかなり少なくて済みます。このように、有機色素を用いることによって可視光の低いエネルギーでも半導体に電子を流すことができるので、色素によって増感された太陽電池、すなわち色素増感太陽電池という名称がつけられました。

色素増感太陽電池の伝導帯に入った電子は回路を回って正極に達し、そこでI3 + 2e → 3Iとなり還元される。3Iは電解質溶液中を移動して色素上で3I → I3 + 2eのように酸化されます。このようにして1サイクルが完成することにより電子が回路を流れます(電流は逆方向に流れることになる)。組み立てが簡単で、低コストであることから、次世代の太陽電池と期待されました。変換効率は理論上は33%まで可能といわれているにもかかわらず、最初に開発されてから20年経つ現在でも、光電変換効率は10%程度にとどまっています。変換効率30%が達成できたとして、やっと火力発電と競合可能であるといわれています。このように、光電変換効率はあまり向上していないのが現状であり、光に対する有機色素の耐久性も低いことから、化石燃料の代替エネルギーとしては現段階では厳しいと言わざるを得ません。しかし、柑橘系の植物の葉っぱや、ザクロの果実、ハイビスカスの花などの色素が増感剤として機能します。なので、市販の教材を購入すれば、興味深い実験が簡単にできることになります。

ローゼルティーのアントシアニンも光増感剤!?

ローゼル

ハイビスカスはカクテルレッドとかカクテルパープルとかいう呼び方と、ローゼルという呼び方があって、区別がよくつきません。ハーブティーとしての観点では、カクテルレッドティーとかカクテルパープルティーというより、ローゼルティーといった方が個人的にはしっくりきます。お馴染みの呼び方です。よって、ハイビスカスティーをここではローゼルティーということにします。ローゼルティーにはアントシアニンに起因するルビー色をした実の萼(がく)の部分を用います。クエン酸、リンゴ酸、ハイビスカス酸などが含まれているため酸味があります。ローズヒップティーにもローゼルが含まれていて、このためローズヒップティーには酸味があります。

これらローゼルティーやローズヒップティーに上記の酸化チタン薄膜を焼結した透明電極を浸漬すると、アントシアニンがアナタース型の酸化チタン薄膜に物理的に吸着して光増感剤として機能します。ただ、光耐久性に乏しいので、間もなく光分解して機能しなくなります。シリコン太陽電池のように光に対して安定であれば実用化の障壁が一つ減るのですが、なかなかうまくいかないものです。光電変換効率の低さも問題です。

このようなアントシアニンのみならず、一般の抗酸化物質を人間の体の役に立たせることもできます。抗酸化物質はそれ自身が犠牲的に酸化され、他の物が酸化されることを防ぐので抗酸化物質というわけです。つまり、自身が酸化されることによって相手が還元されるので還元剤ということになります。その犠牲的に酸化される物質、抗酸化物質を私達は体に取り入れることによって体で発生した有害な活性酸素と結合してもらい、体を守ってもらうわけです。酸化還元反応において、片方が酸化されるためには、もう片方が還元されるようになっています。植物はエネルギーの高い紫外線を浴びているので酸化反応が頻繁に起こります。なので、アントシアニンのような抗酸化作用を示す物質を植物自分でたくさん合成して自分を守っているのです。人間も活性酸素による酸化のダメージを極力抑える必要があります。そのため、野菜や果物やサプリメントから様々な抗酸化物質を摂取しています。代表的なものの一つにビタミンCがありますが、ほかにもたくさんの種類があるのはご存知のことと思います。