花王など 使用済み紙おむつの炭素化リサイクル実証実験

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2021年2月22日

 花王はこのほど、京都大学と「使用済み紙おむつの炭素化リサイクルシステム」の確立に向け、先月から愛媛県西条市協力のもと実証実験を開始した。使用済み紙おむつを炭素素材へ変換し、CO2排出量削減による環境負荷低減に貢献していく。炭素素材の産業利用を進め、空気・水環境の浄化、植物の育成促進への活用など、地球環境改善につながる研究技術開発を推進する。リサイクルシステムの開発は京都大学オープンイノベーション機構と花王が協力して行い、社会実装は2025年以降を予定している。

 使用済み紙おむつは年間200万トン以上が主に焼却処理され、燃えるごみの4~6%を占める。多くの水分を吸収しており、焼却炉の燃焼効率悪化の原因となるケースもある。今後、高齢化による大人用紙おむつの使用量増加に伴い、有効なリサイクル技術の確立が期待されるが、①衛生面と重くかさばることから頻繁な回収が必要、②構成材(パルプと多種のプラスチック)の分離が困難、といった課題がある。

 今回、使用済み紙おむつを回収前に炭素化する「炭素化装置」を開発する。低温・短時間で効率的に炭素化し、殺菌・消臭しながら体積を減らすのがポイントだ。衛生課題が解決し体積が減るため、回収頻度を減らせる。炭素化するため、焼却処理によるCO2発生を削減し環境負荷低減につながる。また、炭素化物は活性炭などの炭素素材への変換を目指す。

 先月から使用済み紙おむつを発生する保育施設(1カ所)におむつ処理装置を設置し、発生するごみの量や作業量、継続性など現場の運用面の課題を確認している。同時に、おむつ処理装置を基に炭素化装置の開発を進める。4月以降に開発した炭素化装置を設置し、炭素化物を回収する。容積が小さいため回収頻度は月1~2回と少なく、回収後は環境浄化や保育施設の園庭での植物育成促進に活用する。

 なお、子育て支援の一環として、花王は同保育施設にベビー用紙おむつ「メリーズ」を提供し、保護者・保育士の負担軽減を見込む。

 「使用済み紙おむつの炭素化リサイクルシステム」を確立することで、使用済み紙おむつリサイクルの課題を解決し、炭素化素材を産業利用する。そうすることで、リサイクルとCO2削減、プラスチックごみ問題の解決など地球環境改善、SDGs達成に向け貢献していく。

日本曹達と京都大学 Pt‐W水素発生電極触媒で世界最高効率

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2020年11月9日

 日本曹達と京都大学はこのほど、新たに白金(Pt)とタングステン(W)の固溶合金ナノ粒子(Pt‐W固溶合金)を合成し、水の電気分解による水素発生反応(HER)で世界最高レベルの触媒活性を達成した。

 HERはPt原子上の水素イオンの還元と吸着水素原子間の結合で水から水素ガスを生成する反応で、クリーン燃料の水素製造に重要な技術。Ptは最も高活性だが希少で高価なため、使用量削減や高効率化が求められている。

 Pt触媒の高活性化には水素原子と触媒表面との吸着エネルギーの調整が鍵で、Ptを基本元素とした固溶合金ナノ粒子による改善が検討されているが、周期表8~11族の金属元素が主で、周期表3~7族の遷移金属(Mo、Wなど)の報告はほとんどない。

 固溶合金ナノ粒子は前駆体カチオンを還元剤で還元して合成するが、Wは大きな負の酸化還元電位で還元しにくいため、Ptとの酸化還元電位差を考慮し熱分解法で合成した。収差補正走査透過電子顕微鏡のEDS(X線分光法)分析で、Ptに数%のWがドーピングされた直径約5㎚のPt-W固溶合金であることを確認。酸性条件下のHER特性は、㎃/㎠の電流密度に必要な過電圧はPt単体触媒の7割程度でよく、単位Pt質量当たりの水素発生効率は3.6倍であった。

 理論計算から、W原子に隣接するPt原子は負電荷を帯びて水素原子の吸着エネルギーが弱まり、還元された水素原子が水素分子として放出されやすくなり高効率化する、と結論づけた。W増量によるPt活性サイトの増加、周期表3~7族の他の遷移金属との組み合わせ、HER触媒としての材料最適化により、活性が飛躍的に向上する可能性がある。高性能HER触媒の実現と社会実装によるクリーン燃料「水素」の効率的生産で、エネルギー問題や環境問題を解決し、安全でエコロジーな社会実現への貢献が期待される。

宇部興産 循環型陸上養殖に向けスタートアップに出資

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2020年9月11日

 宇部興産は10日、京都大学や近畿大学などの技術シーズをコアに設立されたスタートアップであるリージョナルフィッシュ(RF社:京都府京都市)の第3者割当増資の引き受けによる出資を決定したと発表した。

 RF社は、京大大学院農学研究科の木下政人助教と近大水産研究所の家戸敬太郎教授らの共同研究の成果を基に設立。オープンイノベーションを通じて、超高速の水産物の品種改良とスマート陸上養殖を組み合わせた次世代水産養殖システムを作り、「世界のタンパク質不足の解消(SDGs目標2:飢餓をゼロに)」「日本の水産業再興および地域の産業創出(SDGs目標8:働きがいも経済成長も)」「海洋汚染の防止(SDGs目標14:海の豊かさを守ろう)」を目指している。

 宇部興産は、次世代水産養殖システムの構築を通じて持続可能な水産物供給方法の確立を目指すRF社の取り組みに賛同し出資を決定。今後は、新規事業の創出を見据え、化学メーカーとして培った有機・無機・高分子の素材設計や合成技術、プロセス解析力を最大限に活用していく。

 両社は海洋汚染の防止につながる循環型陸上養殖向けのソリューションを目指し、生育環境の制御、廃棄物の削減・利活用、養殖水浄化の効率化などを共同で開発していく考えだ。

 宇部興産グループは、「UBEグループ環境ビジョン2050」を定め、自然と調和した企業活動の推進に取り組み、2050年までに温室効果ガス排出量の80%削減を目指している。また、中期経営計画の基本方針の1つに「資源・エネルギー・地球環境問題への対応と貢献」を掲げており、さらなる温室効果ガス排出量の削減や、環境負荷低減に貢献する新たな技術・製品の創出と拡大に取り組んでいく。

三洋化成 超軽量透明断熱材開発のベンチャー企業に出資

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2020年6月23日

 三洋化成工業はこのほど、板状の超軽量透明断熱材「SUFA(スーファ)」の事業化を進める素材系ベンチャーのティエムファクトリ(東京都港区)に出資を行った。「SUFA」の事業化を支援し、持続可能な社会の実現に貢献していく方針だ。

 地球温暖化防止対策は喫緊の社会課題であり、温室効果ガス(CO2)の排出量削減が強く求められている。省エネ対策の一環である冷暖房の効率向上や熱の有効利用の面から、断熱材の重要性が再認識されている。

 「SUFA(Super Functional Air)」は、ティエムファクトリと京都大学が開発した全く新しい断熱材(板状エアロゲル)で、高い断熱性能に加え超軽量で透明度が高いといった特長を持つ。エアロゲルは固体の中で最軽量・最断熱性の材料であるが、作製には超臨界乾燥装置が必要なため、コストが高いことが課題。今回、ティエムファクトリの独自処方により、特殊装置を使用することなく、高透明度の大判エアロゲルを作製することに成功した。熱伝導率も約0.013W/m.Kと世界最高レベル。透明で軽量なことから、窓や透明部の断熱といった住宅や自動車、保冷物流などへの搭載が期待できる。

 両社はこの共同開発を通じて、界面制御技術や機能化学品との融合、ウレタンフォームとの複合化といった「SUFA」の価値向上や事業化を促進する。さらに、無機素材の技術知見やノウハウを生かして、潜在顧客の開拓や幅広い断熱ソリューションの提供につなげる考えだ。

 三洋化成は、多様なニーズにスピーディーに応えるためのオープンイノベーションに取り組んでおり、引き続き有望な技術への積極的な投資を通じ、有力事業の支援や新規事業の創製を目指す。

北大など プロピレン製造で超高耐久な新規触媒を開発

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2020年6月15日

 北海道大学と京都大学、東京都立大学の共同研究グループは、プロパン脱水素によるプロピレン製造過程で、高温条件下、世界最高の耐久性と選択性を示す新規合金触媒の開発に成功した。開発したのは、白金(Pt)とガリウム(Ga)の合金ナノ粒子の表面に鉛(Pb)を添加した触媒(PtGa‐Pb/SiO2)。

 研究グループは、この新規な触媒が、プロパン転化率30%、プロピレン選択率99.6%の高い触媒性能を600℃の高温下で、96時間以上もの長時間維持できる、極めて高い耐久性を持つことを見出だした。プロピレン製造時の触媒再生コストの大幅な削減が期待される。

 プロピレンはプラスチックや合成ゴム、香料、医薬品といった様々な化成品の原料となる石油化学工業の重要な基幹物質。近年、シェールガス由来の安価なプロパンからプロピレンを製造するプロパン脱水素の需要が高まっているが プロピレンを高い収率で得るには600℃以上の高温を要するため、現行の工業プロセスでは炭素析出による触媒の著しい劣化が問題となっている。安定的なプロピレン製造には連続的な触媒の再生工程が必要になり、コスト削減の観点から高温でも劣化しない高耐久な触媒の開発が望まれていた。

 同研究では、ユニークな性質と構造を持つPtとGaの合金(PtGa金属間化合物)に着目。PtGaは、熱安定性が高く高温でも構造が変化しない利点のほか、3つのPt原子からなる「Pt3サイト」と、1つのPt原子が複数のGa原子に囲まれ孤立した「Pt1サイト」の2種類の触媒活性点が表面に存在する特徴がある。

 研究グループは、このうちPt3サイトはプロピレン生成だけでなく炭素析出も進行させてしまう一方、Pt1サイトがプロピレンを選択的に生成し、炭素析出を抑える優れた触媒活性点として機能すると予想。「Pt3サイトを何らかの方法で塞げば、耐久性の高い触媒を開発できる」と考えた。そこでPt3サイト上だけに触媒活性を持たない別の種類の金属原子を置くことを検討し、様々な種類の金属や触媒合成手法を駆使することでPt1サイトだけが機能する新たな触媒の開発に取り組んだ。

 同研究により明らかになったPt1サイトの優れた触媒性能は、プロパンだけでなくエタンやイソブタンなど、その他の低級アルカンの脱水素やメタンの有効利用などにも応用できる可能性が高い。石化の発展に大きく寄与するとともに、触媒・材料開発の面でも幅広い波及効果が期待される。

北大など 中面用の写真

 

 

住友化学と京都大学 固体型電池の実用化、産学共同講座を開設

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2020年3月19日

 住友化学と京都大学は18日、次世代2次電池として注目されている固体型電池の実用化に向けた材料および要素技術の開発を共同で行うことに合意したと発表した。

 合意に基づき、今年4月1日付で、同大桂キャンパス内に、ラボスケールの製造設備、電池性能評価装置などを新たに設置し、同大大学院工学研究科の安部武志教授をはじめとする研究グループと住友化学による産学共同講座「固体型電池システムデザイン」(2020年4月~2023年3月:3年間)を開設する。

 固体型電池は、従来型のLIB(リチウムイオン二次電池)に用いられている電解質を液体から固体にしたもの。可燃性の電解液を使わないことから、現在主流のLIBに比べて高い安全性を持つとともに、電池そのものの高容量化や長寿命化、さらには、急速充電が可能になると見込まれている。

 これらの特長を生かし、日常生活に欠かすことのできない情報機器、ウェアラブル端末、医療用途などの民生用小型電池や、航続距離や充電時間の観点から高エネルギー密度と高出力特性が求められるEV用の次世代電池など、幅広い分野への応用が期待されている。

 住友化学の上田博副社長は、「京都大学が持つ広範かつ深遠な基礎研究の力と、当社がこれまで培ってきた多種多様な素材を工業化させた経験、また、多くの失敗からの学びを積み重ねてきたモノづくりの力を組み合わせて、新たな固体型電池を開発し、持続可能な社会の構築に貢献する」とコメントしている。

 同社は、中期経営計画の中で「環境負荷低減」「ヘルスケア」「食糧」「ICT」の四つの重点分野で新規事業を実現するため、独自のイノベーションエコシステムの構築を推進。アカデミアやスタートアップなどとのオープンイノベーションを通じて、長期的な視点での研究開発とその成果である革新的技術により、さまざまな産業分野で新たなソリューションとなり得る高機能材料の開発を進めていく考えだ。

 

旭化成 他家iPS細胞由来軟骨のライセンス契約を拡大

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2020年2月3日

 旭化成は31日、iPSアカデミアジャパンとライセンス契約を締結しているiPS細胞技術に関する特許について、原許諾範囲を拡大する変更契約を締結したと発表した。なお、同特許はiPSアカデミアジャパンが京都大学より許諾されているもので、旭化成は2018年にライセンス契約を結んでいた。

 今回の変更契約により、原許諾範囲である外傷性関節軟骨損傷を適応とする治療用途に加え、全世界での変形性関節症と半月板損傷を適応疾患とする治療用途を対象とした、iPS細胞技術に関する特許の非独占的通常実施権と、軟骨分化誘導技術に関する特許の独占的通常実施権を取得。

 これにより、旭化成は、当該特許権が及ぶ全世界で、変形性関節症や半月板損傷などを適応とするiPS細胞由来の再生医療等製品を独占的に研究開発・製造販売する権利を保有し、iPSアカデミアジャパンに対して、契約一時金と開発段階に応じた開発マイルストーンを支払い、販売後は、販売額に応じたロイヤルティと販売額の目標達成に応じた販売マイルストーンを支払う。

 軟骨分化誘導技術とは、iPS細胞などの多能性幹細胞を、特殊な培養条件によって軟骨細胞に分化させるとともに、細胞外マトリクスを生成させ軟骨様組織を作製する技術。

 今回の変更契約では、適応範囲の拡大のみならず、iPS細胞から軟骨様組織(軟骨パーティクル)を製造する技術に加えて、板状の軟骨を製造する特許技術についても許諾対象に追加される。

 今後については、旭化成は引き続き、京都大学iPS細胞研究所の妻木範行教授との共同研究を推進し、外傷性に限らない関節軟骨損傷を適応とするiPS細胞由来の再生医療等製品の実用化に向けて、製造技術の確立を進めていく。

 同社は「軟骨の再生医療技術を研究開発プラットフォームに加えることにより、当社グループの整形領域における取り組みをさらに強化していくことができるものと期待している」とコメントしている。

 

京大など CO2を有機分子に変換、多孔性材料の開発に成功

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2019年10月11日

 京都大学はこのほど、京都大学アイセムス(物質―細胞統合システム拠点)の研究グループが中国江蘇師範大学の研究グループと共同で、選択的にCO2を捉えて有用な有機分子に変換できる新しい多孔性材料の開発に成功したと発表した。

 CO2は燃焼や生物の呼吸、発酵など、われわれの生活の様々な場面で生成し、地球上に広く存在する化合物だが、同時に温室効果をもつガスとしても知られている。

 近年、化石燃料(石炭、石油、天然ガスなど)の使用の増加により、大量のCO2が地球上に排出されることによる地球温暖化の懸念が高まっている。こうした背景から、CO2排出量を削減する技術や排出されたCO2を有効活用する技術に高い注目が集まっている。

 同研究で開発した多孔性材料は、有機分子と金属イオンからなるジャングルジム状のネットワーク構造でできており、内部にナノサイズの小さな穴(細孔)を無数に持つ。この細孔はCO2に高い親和性をもっており、選択的にCO2だけを細孔中に取り込むことができる。

 さらに、細孔に触媒能をもつ金属イオン部位が規則的に配置されており、取り込んだCO2を原料として細孔内で高効率な触媒反応を起こすことが期待される。

 実際に、この材料を利用してCO2をエポキシドに付加させる変換反応を試みたところ、カーボネートが高収率、高効率で生成することが判明。反応の性能の指標となるCO2の変換のターンオーバー数は3万9000に達し、報告されている多孔性材料の中でも最高の性能を示した。

 今回開発した多孔性材料は、CO2を取り込むだけでなく、CO2の反応性を高め有用な有機分子に変換させることができる材料。また、この反応は付加反応であるため副生成物を生じず、有機溶媒も用いないことから環境に優しい反応だ。

 今回の成果は、地球温暖化の主因ともされるCO2を安価に資源として活用する技術への応用が期待される。なお、今回の成果は英国の学術誌「Nature Communications」電子版に9月25日に掲載された。

京大・産総研 合成ダイヤを使い量子センサーで世界最高感度 

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2019年10月8日

 京都大学と産業技術総合研究所(産総研)はこのほど、人工的に合成したリンドープn型ダイヤモンドを使い、NV中心(窒素―空孔中心)の室温での世界最長電子スピンコヒーレンス時間(T2)と、単一NV中心を用いた量子センサーの世界最高の磁場感度実現に成功したと発表した。

 京大化学研究所の水落憲和教授やエンスト・デイヴィッド・ヘルブスレブ特定研究員、産総研の加藤宙光主任研究員らの研究グループによるもの。

 NV中心とは、ダイヤモンドの格子中の炭素の位置に入った窒素と、それに隣接する炭素原子が抜けてできた空孔から成る不純物欠陥。また、T2とはスピンの量子的な重ね合わせ状態が、e分の1の大きさ(eは自然対数の底)になるまでの時間のこと。

 今回の成果により、n型半導体特性を生かした量子デバイスへの幅広い応用に道を開くことが期待される。高品質のダイヤモンドが人工的に合成できるようになり、これを使ったこれまでにないデバイスの実現が期待されている。

 中でも注目されるのがNV中心である。NV中心は室温でも長いT2を持ち、超高感度量子センサや量子情報素子の実現、量子センサの生命科学分野への応用の観点から注目されている。

 量子センサーではT2が長いほど感度が良くなり、今回の研究では、産総研で作製した高品質なリンドープn型ダイヤモンド中の単一NV中心のT2が、あるリン濃度で非常に長いことを見出した。

 リンは電子スピンを持つため磁気ノイズ源となり、リンをドープするとT2は短くなると考えるのが常識だが、今回の結果はそれに反するものだった。リン濃度だけを変えた試料での結果からも、一定量以上のリンがドープされた試料で世界最長のT2が測定され、リンドープの効果が確認された。

 n型ダイヤによるT2長時間化は、合成中に生成した空孔欠陥が電荷を帯び、磁気ノイズ源となる複合欠陥の生成が抑制されたためと考えられる。精密なノイズ測定から、今回の試料でのノイズ源は、リン以外の不純物欠陥の電子スピンであることが示唆され、それらを抑制することで、さらなるT2の長時間化も見込まれる。

 なお、この成果は8月28日に英国の国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載された。

 

星光PMCなど CNF複合材料がエコプロアワード受賞

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2019年9月18日

 星光PMCが開発したセルロースナノファイバー(CNF)複合材料「STARCEL」が、京都大学、京都市産業技術研究所(産技研)と共に、産業環境管理協会が主催する「第2回エコプロアワード」で「奨励賞」を受賞した。

 豊富でカーボンニュートラルな植物を原料とし、プラスチックの補強・代替素材としての普及が期待されている中、アシックス製品への実用化につなげた点が評価された。

 「STARCEL」は、京大・産技研などが開発したパルプ直接混練法「京都プロセス」を用い、植物の構成成分であるセルロースをナノレベルまで解繊し、熱可塑性樹脂と複合化した製品。星光PMCは2017年末に、茨城県にある竜ケ崎工場でのCNFパイロットプラントの生産能力増強工事を終え、変性セルロースで約70t/年、CNF複合材料換算で約200t/年の生産・出荷体制を整えた。

 昨年6月にアシックスの高機能ランニングシューズのミッドソールに搭載されたのを皮切りに、同社の主要5モデルへの採用が決まり、現在までに「STARCEL」搭載製品は、全世界で累計500万足以上が販売されている。

 星光PMCは今後も、経営ビジョン「エコテクノロジーで未来を創る」を実現するため、環境技術製品CNF複合材料の開発を通じて、さらなる実用化を推進していく考えだ。なお表彰式は、東京ビックサイト(東京・有明)で開催される「エコプロ2019」内の特設ブースにて、12月5日に行われる予定。