住友化学はこのほど、京都大学および鳥取大学と共同で開発した柔軟性のある新素材により、圧力を加えずに高容量の固体型電池を安定作動させることに成功したと発表した。
次世代二次電池として
住友化学 柔固体型電池、京大および鳥取大と共同開発
2022年11月16日
京都大学
ダイセル 世界最小径のナノダイヤモンド温度計測に成功
2022年7月25日
産総研 可視光水分解・水素生成の効率改良指針を明確化
2022年1月24日
理化学研究所 マイクロ波と光の協働で合成反応を促進
2021年11月26日
理化学研究所はこのほど、東京大学と京都大学との共同研究グループが光とマイクロ波の協働的な触媒的化学合成反応系の開発に成功したと発表した。
マイクロ波には、電子レンジに応用されているような局所的・効率的な加熱効果がある。近年、マイクロ波を照射したときにだけ観測される化学反応や反応の加速効果が数多く報告され、加熱効果とは異なる原理による「非熱的マイクロ波効果」の機構解明や応用研究を行う「マイクロ波化学」という新しい研究分野も確立されている。固体表面上の反応に関する機構は解明されつつあるが、有機単分子でのマイクロ波効果についてはほとんど知られていない。
今回、フェニルアセチレンを光触媒とするジメチルスルホキシドの酸素酸化反応系で、有機分子に対するマイクロ波効果の観測に成功した。まず光照射により、フェニルアセチレンの基底状態S0の電子はS1準位に励起され、速やかに隣のT1準位へ移動する。このT1準位の電子は酸素分子を活性化し、この活性酸素によりジメチルスルホキシドは酸化され、牛乳や穀物などに含まれ健康食品などに使われるジメチルスルホンになる。このT1準位は3つの副準位に分かれている。
光励起した電子のほとんどは中位のT1（2）準位に入るが、寿命が短いため酸素分子の活性化収率は低い。これらの副準位間のエネルギー差に相当する2.45㎓のマイクロ波を照射することで、電子が長寿命の副準位T1（1）、（3）に移動すれば、酸素分子の活性化収率が上がりジメチルスルホンの収率が上がることが期待される。1気圧の酸素雰囲気下、光量450㎚・30㎽／㎠、50℃、48時間反応させたときの収率は、マイクロ波ありで77％、マイクロ波なしで21％、光なしで0％、触媒なしで4％であった。この反応系では光と触媒が必須であり、マイクロ波が反応効率の向上に大きく影響していることが分かった。
光・マイクロ波協働効果により低出力のマイクロ波で効率的に光触媒反応を促進させることが可能で、省エネルギー合成法として注目されるマイクロ波化学反応の機構解明や、新たなカーボンニュートラル合成法の開発への貢献が期待される。
ダイセルと京都大学 包括連携協定を締結、低炭素社会を実現
2021年10月14日
ダイセルと京都大学はこのほど、自然と共生する低炭素社会の実現、新産業創出に役立つことを目的に包括連携協定を締結した。この協定の下、包括的研究連携協定を締結するとともに、「バイオマスプロダクトツリー産学共同研究部門」を京大宇治キャンパス内に設置する。
包括的研究では、ダイセルのリサーチセンターと京大の5部局（大学院農学研究科、大学院人間・環境学研究科、化学研究所、エネルギー理工学研究所、生存圏研究所）とが連携し、バイオマスの新しい変換プロセス「新バイオマスプロダクトツリー」実現に向けた研究開発と、持続的循環利用を共通テーマとした基礎的研究と研究成果の社会への還元を目指す。
一方、「バイオマスプロダクトツリー産学共同研究部門」は、京都大学生存圏研究所、化学研究所、エネルギー理工学研究所とダイセルの共同ラボとして、国内外の多様な分野から優秀な人材が集い、学術分野、産業界、地域を繋ぐハブとして機能する研究拠点とする計画。
ダイセルの主力製品である酢酸セルロースは、木材由来のパルプを原料とするバイオマス製品だが、木材などの天然高分子は元来溶けにくく、その製造プロセスには多くのエネルギーを消費する。同社ではこの課題に対し、京大との共同研究によって、常温常圧で木材を溶かす技術の確立を目指している。
この技術により、セルロースに加え、木材に含まれるヘミセルロース、リグニンなども活用した「新バイオマスプロダクトツリー」が実現し、高機能製品の開発につながることが期待される。
さらにその先に目指すのが、「バイオマスバリューチェーン構想」だ。共同研究中の新技術では、木材に限らず、農林水産業の廃棄物からも有益な成分の抽出が可能。有価で処分される素材を二次産業の原料として活用することで、一次産業の経済性を向上させ、一次産業と二次産業に循環を生む新しい「産業生態系」が構築できる。
この経済循環によって、林業を復活させ森を再生するとともに、山・川・海を含む自然の生態系の回復にも寄与する。両者は、産学官の垣根を越えて、この構想の実現に向けて取り組んでいく。
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
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
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
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
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
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。
