東北大学 – ページ 3 – 日刊ケミカルニュース

大陽日酸など　工業炉での燃料アンモニアの燃焼技術開発

ＡＧＣ , 大陽日酸 , 産業技術総合研究所 , 東北大学 , 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO） , 工業炉向け , アンモニア燃焼技術

2022年2月7日

　大陽日酸はこのほど、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「燃料アンモニア利用・生産技術開発／工業炉における燃料アンモニアの燃焼技術開発」事業の委託先に採択された。AGC、産業技術総合研究所、東北大学とともに、2021～2025年度までの5年間で工業炉向けのアンモニア燃焼技術を開発する。

　同社は、2014年から戦略的イノベーション創造プログラムのエネルギーキャリア「アンモニア直接燃焼」の「アンモニア燃焼炉の技術開発」に参画し、アンモニアを工業炉用燃料として使用する場合の技術的課題の解決に取り組んできた。10㎾のモデル燃焼炉で、空気中の酸素濃度を高める酸素富化燃焼とアンモニア・都市ガス混合燃料を組み合せ、火炎の輻射伝熱の能力強化とNOx生成の抑制技術を確立し、加熱炉の環境規制値を達成した。

　今回、AGC横浜テクニカルセンターの建築用ガラス製造設備にアンモニア・酸素燃焼バーナーを導入し、アンモニア燃焼技術の実証試験を行う。ガラスや溶解炉材料への影響を評価するとともに、環境基準を満たすバーナーを開発し、ガラス溶解炉への本格導入を目指す。また将来は、鉄鋼やアルミなど他素材製造工程への展開も検討していく。

積水化成品工業　非フッ素系分散剤、サンプル提供を開始

積水化成品工業 , 東北大学 , サンプル提供 , フッ素系樹脂粒子 , 非フッ素系分散剤

2021年10月19日

　積水化成品工業はこのほど、東北大学が開発に成功した、フッ素系樹脂粒子を水に分散できる「非フッ素系分散剤」のサンプル提供を開始したと発表した。

　フッ素系界面活性剤は生態蓄積性や環境残留性が指摘され、欧州などで規制が強化されつつある。そのため、フッ素系界面活性剤を代替する非フッ素系分散剤が工業的に求められていた。

　こうした中、東北大学材料科学高等研究所の藪浩准教授（ジュニアPI）は、ムール貝の接着現象に着想を受け、フッ素元素を含有しない代替分散剤の開発に成功。同研究の分散剤を用いることで、疎水性粒子を水に分散させる際に廃液へのフッ素元素の溶出がなく、生態や環境への負荷を低減した工業プロセスが実現できる。

　同社は「テクポリマー」「テクノゲル」を中心とした高機能性ポリマー製品において環境貢献開発に注力しており、その一環として、今回の研究成果を技術導入し、非フッ素系分散剤の実用化を目指す。

　非フッ素系分散剤の特長として、①ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）粒子などの低表面自由エネルギー粒子を水に分散可能、②粒子表面を被覆することで水などの環境負荷の少ない多様な溶媒に分散可能、などがあげられる。

　同社は、非フッ素系分散剤のサンプル提供を開始しており、製品化に向けた市場開発を進めていく。そして様々な分野に応用展開を進めることで、「環境リーディングカンパニー」として環境保全に積極的に貢献していく。

JFEスチールなど　低炭素型コンクリート実用化が前進

東北大学 , JFEスチール , 日本大学 , 寒冷地 , アルカリ活性材料「ジオポリマー」 , 開発に成功

2021年8月30日

　JFEスチールはこのほど、東北大学、日本大学と共同で寒冷地でも適用可能な独自のアルカリ活性材料「ジオポリマー」の開発に成功し、西松建設と共和コンクリート工業を加えた5者で早期実用化に向けた試験体制を構築した。

　ジオポリマーは、製造時に排出するCO2を通常のコンクリートに比べて75％以上削減できる一方、混合時の粘性が高く固まりやすく、耐凍害性が著しく低く、温暖な地域でしか利用できないという課題があった。

　今回、従来のジオポリマーがセメントの代替にしている水ガラスとフライアッシュ（石炭灰）を、アルカリ水、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末（製鉄副産物）にして、その配合量の最適化と高炉スラグ細骨材の活用、特殊な混和剤の適用などにより、流動性を安定的に確保しつつ耐凍害性を大幅に向上させた独自のジオポリマーを開発した。凍結融解試験ではJIS規定の300サイクルでもほとんど劣化せず、凍結防止剤の影響を想定した塩水環境下でも従来品を大幅に超える凍結融解抵抗性を示した。これにより、寒冷地や山間部などでもジオポリマーを制約なく適用でき、コンクリート分野でのCO2排出量を大幅に削減することが可能となる。

　今後、西松建設とはコンクリートの施工性について、共和コンクリート工業とはプレキャスト製品への適用について実用化に向けた試験を開始し、寒冷地を含めた実環境での検証を進めていく。

日本製鉄など　常圧CO2からプラスチックの直接合成に成功

東北大学 , 大阪市立大学 , 日本製鉄 , 常圧CO2 , ジオール , 脂肪族ポリカーボネートジオール（PCD） , 直接合成 , 触媒プロセスの開発 , 世界で初めて成功

2021年8月3日

　日本製鉄、大阪市立大学、東北大学はこのほど、脱水剤を用いずに、常圧CO2とジオールから脂肪族ポリカーボネートジオール（PCD）の直接合成を行う触媒プロセスの開発に世界で初めて成功したと発表した。なお、今回の研究成果は、「Green Chemistry（IF＝10.18）」にオンライン掲載されている。

　PCDはプラスチックに代表されるポリウレタン合成の重要中間体であり、現在、ホスゲンや一酸化炭素を原料にして合成されているが、これら原料は有毒なため、グリーンケミストリーの観点から原料を代替する技術の開発が求められている。代替原料にCO2を用い、ジオールと反応させてPCDを合成する手法は、水のみを副生するグリーンな反応系として注目されているものの、高収率を得るには、高圧CO2や脱水剤を用いる必要があった。

　こうした中、今回の研究で見出だした手法はこれら課題を克服するもので、酸化セリウム触媒を用い、ジオールに常圧のCO2を吹き込むことにより、生成した水を反応系外に除去することが可能になり、目的のPCDを高選択率かつ高収率で得ることに成功した。

　同技術により、添加剤を用いず、常圧のCO2を化学変換できる新しい触媒プロセスを提供する。また、沸点が水の沸点よりも十分高い基質であれば適用可能であると考えられ、LIBの添加剤やポリマー合成用原料として有用な有機カーボネート、カーバメート、尿素などの合成にも展開できると想定される。CO2から様々な化学品合成ルートを確立することで、CO2の化学固定化に寄与する触媒プロセスになることが期待される。

　3者は今後、実用化に向けた固体触媒の改良、スケールアップを含めたプロセス検討を行いながら、さらに研究開発を進めていく。

ユーグレナ　東北大学病院に免疫機能の研究拠点を開設

東北大学 , ユーグレナ , 東北大学病院ユーグレナ免疫機能研究拠点

2020年10月16日

　ユーグレナはこのほど、東北大学と新たに共同研究契約を締結し東北大学病院内に「東北大学病院ユーグレナ免疫機能研究拠点」を開設すると発表した。東北大学と共同で行ってきた微細藻類ユーグレナの機能性研究を、メディカル分野へと拡張し、大学病院との協働でより積極的なメディカル分野の研究開発を目指す。

　これまでの免疫関連研究で、ユーグレナに含まれるβ-1，3-グルカンの一種パラミロンが免疫機能に関与してインフルエンザ症状を緩和する効果を確認。昨年からは、同大学の未来型医療創造卓越大学院プログラムを通じてメディカル分野の技術開発と社会実装などヘルスケア領域の技術開発に取り組んでいる。

　これをさらに拡張する目的で、同大学病院内の課題解決型研究開発実証フィールド「オープン・ベッド・ラボ」に「東北大学病院ユーグレナ免疫機能研究拠点」を開設。大学病院の研究開発インフラを活用し、メディカル分野の研究開発活動を加速させる。

　共同研究の内容は、免疫機能分野では、免疫関連バイオマーカーの探索、免疫応答の機能評価、免疫訴求製品の処方検討の3テーマを予定する。メディカル領域では、マイクロニードル活用の医療機器開発と新型コロナウイルス感染症ワクチンの開発。そして研究シーズのインキュベーションとしては、東北大学のもつ技術シーズのメディカル分野への応用可能性を調査し、対象技術の事業価値評価やハンズオン投資の可能性を検討していく。

　同社はヘルスケア分野の研究開発や事業を推進し、持続可能な健康を実現する商品やサービスの開発を通じて社会貢献を目指す考えだ。

『東北大学病院ユーグレナ免疫機能研究拠点』(オープン・ベッド・ラボ)イメージ写真（提供：東北大学病院） — 「東北大学病院ユーグレナ免疫機能研究拠点」(オープン・ベッド・ラボ)イメージ写真（提供：東北大学病院）

東工大ら　強誘電体の薄膜化で不揮発性メモリの応用期待

産業技術総合研究所 , 東北大学 , 東京工業大学 , 窒化アルミニウムスカンジウム

2020年10月13日

　東京工業大学と産業技術総合研究所、東北大学はこのほど、最高の強誘電性をもつ窒化アルミニウムスカンジウム＝（Al，Sc）N＝について、Sc濃度を下げると強誘電性が増加しかつ10㎚の薄膜でも強誘電性を保持することを世界で初めて確認したと発表した。低消費電力で動作する不揮発性メモリへの応用が期待される。

　強誘電体は、電圧の印加方向に従って安定な結晶状態（分極状態）を取り、電源切断後もその分極状態を保持する物質。無電力で分極状態を保持するため、不揮発性メモリ（無電源の記憶保持素子）を作製できる。酸化ハフニウム系などの強誘電体が交通系ICカードなどに広く実用化されているが、複雑形状の基板への3次元膜の作製が難しく、一部の用途に限られてきた。

　現在スマートフォンの高周波フィルターに使われている（Al，Sc）Nは、膜厚150㎚で高い強誘電性を示すが、メモリ動作の低消費電力化のために薄膜化した場合、「サイズ効果」による強誘電性の喪失が懸念されていた。

　（Al，Sc）Nは気相のScとAl金属を窒素ガスと反応させて作るが、今回ScとAlの比率を変えて試料を作製。その結果、Sc濃度が低いほど残留分極値（電源切断後に残る静電容量）が大きく、抗電界（分極状態の反転に必要な電圧）と最大電界（印加できる電圧）の差が広がり、分極状態を安定して繰り返し反転できることも分かった。薄膜化についても、膜厚48㎚まで残留分極値は変わらず、9㎚でも強誘電性を示すことを非線形誘電率顕微鏡法で確認した。

　（Al，Sc）Nは最大級の強誘電性を持ち、使用温度は最も高く、作製も容易。動作電力は最小で、データ保存にも電力消費しない不揮発性メモリである。さらに3次元形状への成形が不要で電極で挟むだけの単純構造のメモリができ、コスト削減につながる。今後、広い用途のメモリへの応用が期待できる。さらに（Al，Sc）Nの圧電性に分極方向の制御も加わり、従来にない新規応用も期待できる。

NEDOなど　温泉水でも熱交換が可能な熱交換器を開発

東北大学 , 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO） , 馬渕工業所 , 小浜温泉エネルギー , 温泉水 , 熱交換器 , 温泉熱回収

2020年10月6日

　新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）、東北大学、馬渕工業所、小浜温泉エネルギーはこのほど、温泉スケールと呼ばれる固形物が析出しやすい温泉水でも安定した熱交換が可能な熱交換器を開発し、1カ月間の温泉熱回収の実証試験に成功した。

　今回開発した熱交換器は、熱交換器に付着した温泉スケールを自動的に取り除くことで、熱交換の効率を維持することが可能。これにより温泉水の熱交換器のメンテナンスコストの低減が見込める。また、温泉水以外にも、汚泥を含む工場温排水や藻類・貝類を含む海水・河川水など、様々な分野の熱交換に応用でき、未利用熱や再生可能エネルギーの利用促進が期待される。

　一般的に温泉水はカルシウムや硫黄などの溶解成分を含み、熱交換器の伝熱面上に温泉スケールが析出し、熱交換を阻害することがある。そのため、頻繁な清掃が必要で、メンテナンスコストが高いことが課題だった。

　こうした中、NEDOなど4者は「NEDO先導研究プログラム/エネルギー・環境新技術先導研究プログラム」に基づき、伝熱面を回転させ、そこに羽根を押し当てることで伝熱面に析出した温泉スケールを剥ぎ取れるようにした熱交換器を開発。これにより、表面を常時温泉スケールが付着していない状態に保つことを可能にし、熱交換の効率を維持することができる。また、小浜温泉（長崎県雲仙市）で1カ月間の熱交換実験を行った結果、伝熱面からの温泉スケールの除去と熱交換効率の低下抑制に成功した。

　今後、スケールアップした熱交換器を開発し、長期間（3カ月を予定）の現地実証試験を行うことで、さらなる耐久性向上のための検証を行うほか、熱交換器の高性能化のための研究開発を行う。

東ソー　ハイブリッドリサイクル技術、NEDO事業に

東ソー , 宇部興産 , 三菱エンジニアリングプラスチックス , 委託事業 , 東北大学 , 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO） , 凸版印刷 , 産業技術総合研究所（産総研） , 多層プラスチックフィルムの液相ハイブリッドリサイクル技術の開発 , 恵和興業 , 東西化学産業

2020年9月10日

　東ソーは9日、東北大学、産業技術総合研究所（産総研）、宇部興産、恵和興業、東西化学産業、凸版印刷、三菱エンジニアリングプラスチックスと共同で提案した、「多層プラスチックフィルムの液相ハイブリッドリサイクル技術の開発」が、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業に採択されたと発表した。

　同事業は、「NEDO先導研究プログラム/エネルギー・環境新技術先導研究プログラム」で進める「廃プラスチックを効率的に化学品原料として活用するためのケミカルリサイクル技術の開発」に公募したもの。なお、同事業の委託期間は今年6月から来年3月までとなっている。

　採択された技術は、包装・容器に多く使用されている多層プラスチックを高温高圧水中で処理することで、特定のプラスチック成分のみを原料にまで分解し、得られた原料と単離されたプラスチックの双方を再利用する。食品などで汚染されたプラスチックごみをそのまま処理できる可能性があり、一般ごみのリサイクル率向上に寄与することが期待される。

　今回の委託事業では、産官学で連携してプラスチックの分解条件の探索と連続処理プロセスの開発を進めることでプロセスの高効率化を図るとともに、社会実装を見据え、対象となる廃棄物の調査と処理プロセス適用時のLCA（ライフサイクルアセスメント）評価を行っていく。

東北大学など　水と高圧氷の界面に「新しい水」を発見

東京大学 , 東北大学 , 北海道大学 , 産業技術総合研究所（産総研）

2020年9月8日

　東北大学と北海道大学、産業技術総合研究所（産総研）、東京大学はこのほど、高圧下で水が凍ってできる氷の表面に、通常の水とは混ざらない異構造・高密度の「新しい水」を発見したと発表した。水の異常物性を説明する「2種類の水」仮説の検証に新たな道を示した。

　水はありふれた存在だが、特異な物性をもつ奇妙な液体であり、多くの自然現象を支配している。たとえば雪だるまが作れるのは、0℃以下でも存在する氷表面の液体層のおかげだ。

　マイナス20℃、248M㎩の低温高圧条件で生成する氷Ⅲの、加減圧時の成長・融解過程を光学顕微鏡で観察。加圧成長時には界面に流動性の均質な液体膜が形成し、加圧を止めると不均質化して迷路のような模様になった。これは通常の水と新しい水が混ざり合わない異なる構造をもつことを示している。

　減圧融解時には活発に動く微小液滴が形成。この水は液滴の濡れ角から高密度であり、分子動力学シミュレーションからは氷Ⅲに近い構造であると考えられる。以上から、水/氷界面にはナノメートルオーダーの氷から水へ連続的に変化する液膜があるという通説に反し、マイクロメートルスケールの高密度水の液膜が存在することが明らかとなった。

　また25℃、954M㎩の常温高圧条件で結晶化する氷Ⅵ/水界面にも高密度の新しい水の生成がレーザー干渉顕微鏡で確認され、水/高圧氷界面の高密度水形成の普遍性が示された。なお、通常の氷は氷Ⅰhで六角柱状の格子構造、今回の低温高圧環境下の氷Ⅲは立方体構造、常温高圧環境下の氷Ⅵは底面が正方形の直方体構造である。

　今回の融液/結晶成長挙動の解明は、融液から機能性材料が生成する過程の解明に、さらには太陽系天体内部の高圧状態の氷から天体の形成過程の解明にも役立つと期待される。

出光興産など　産廃中CaでCO2削減、NEDO事業に採択

宇部興産 , 出光興産 , 日揮 , 東北大学 , 日揮グローバル , 成蹊大学 , 研究開発委託事業

2020年7月16日

　出光興産は15日、連名他社・大学と共同で進めてきた「廃コンクリートなど産業廃棄物中のカルシウム等を用いた加速炭酸塩化プロセスの研究開発」が、NEDOの「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発/CO2排出削減・有効利用実用化技術開発/炭酸塩、コンクリート製品・コンクリート構造物へのCO2利用技術開発」プロジェクトにおいて、研究開発委託事業に採択されたと発表した。

　出光興産と5者（宇部興産、日揮グローバル、日揮、成蹊大学、東北大学）は、産業廃棄物を活用し、火力発電所や工場から排出されるCO2を資源へ転換する技術開発を進めてきていた。同事業の委託期間は2020~2024年度の5年間。廃コンクリートなどカルシウムを多く含む産業廃棄物から原料となるカルシウムを抽出し、排ガス中のCO2と反応させて固定化させるプロセスの実用化と普及を目指した技術開発を行う。

　また、カルシウム分の抽出と炭酸塩化の効率を高めるため、加速炭酸塩化技術について試験・評価を実施するとともに、プロセス全体の最適化を図りながら技術を確立させ、CO2削減効果を評価していく。

　今回の事業採択を受け、発電所や工場から排出されるCO2の固定化に係る新たな技術を産学官の協働により開発するとともに、原料調達から用途開発に至るまでの幅広い領域で、社会実装に向けた取り組みを加速する。