気候変動に役立つ高分子膜の開発を

谷口育雄准教授
英文著者 William J. Potscavage Jr.2020/10/08動画作成者 ICER

気候変動に役立つ高分子膜の開発を

谷口育雄准教授
英文著者 William J. Potscavage Jr.
2020/10/08
動画作成者 ICER
谷口育雄
谷口育雄
准教授
カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所(I²CNER:アイスナー)
専門分野
高分子材料科学

谷口育雄
谷口育雄
准教授
カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所(I²CNER:アイスナー)
専門分野
高分子材料科学
HP
DB
Pure

代の生活は、発電、燃焼、輸送などほぼすべてにおいて、化石燃料に頼っています。私たちは便利さを享受する一方で、二酸化炭素の排出を続けています。二酸化炭素は、低濃度であれば一見害はないものの、今日世界が直面する最大の環境問題、地球温暖化と気候変動を引き起こす脅威の存在です。

人間の活動が原因の地球温暖化は、主に温室効果ガスによって引き起こされます。温室のガラスがまるで地球を覆うように、太陽の光を内部(大気中)に溜め、外へ熱が放出されるのを防ぐ性質を持っているためです。中でも、二酸化炭素は人間の活動によって生じる温室効果ガスの主成分です。世界では、大気中の二酸化炭素排出量の削減を目指し、化石燃料の使用を減らすべく研究を急いでいます。

研究室で高分子膜製作の様子を見せる谷口准教授

九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所の谷口育雄准教授は、別の角度からこの問題に取り組んでいます。大気中に排出される二酸化炭素を減らすため、排出源において二酸化炭素を分離回収し、地中貯留する研究です。排ガスから二酸化炭素を分離する技術が有効となれば、排出削減を加速させる非常に実用的な手段となります。

「現在、二酸化炭素を分離回収する技術には、主に、吸収法、吸着法、膜分離法の三つの方法があります。」と谷口准教授は話します。「吸収法は最も研究が進んでいるものの、吸収した二酸化炭素を回収する過程で、多くのエネルギー(コスト)を要することがネックであり、依然として実用化に向けた障壁となっています」。

吸収法に代わる方法として、谷口准教授が開発を進めているのが、高分子膜によって、混合ガスから二酸化炭素を選択的に分離する膜分離法です。高分子といえば、プラスチックの容器などとして利用されていますが、谷口准教授は、二酸化炭素が選択的に透過する高分子を設計しています。

開発した分離膜は、小さい分子だけを穴から落とすような「ふるい」とは異なる分離様式で、サイズだけではなく、特定のガス分子を通したり、ブロックしたりという分子の特性に基づく相互作用を利用した分離です。谷口准教授の研究グループは、高分子膜の構造を制御したり、他の分子を加えたりして、この相互作用をコントロールしています。膜を使った二酸化炭素の分離回収法において、世界トップレベルの成果を上げています。

再生可能資源から合成した生分解可能高分子の射出成形体。常温で加圧により成形できる。

「高分子膜の研究成果に大きく貢献したのが、アミンと呼ばれる窒素原子を含んだ化学物質の存在です」と谷口准教授。

「窒素グループと二酸化炭素の相互作用が、膜の選択性を高めます。そして、二酸化炭素への相互作用が、強すぎず、弱すぎないよう、アミンの化学構造を調整し最適化することで、どれだけ速く二酸化炭素を透過させるのか、を向上させることが可能となるのです」。

谷口准教授は研究を通じて、すべてのガス分子で最小の水素との混合ガスから二酸化炭素を分離する膜の開発にも成功しました。石炭や天然ガスなど化石燃料からの水素生成において、共に発生する二酸化炭素を選択的に分離するために、この特異なガス選択性が不可欠です。水素は、燃焼したり、燃料電池に使用したりする際に二酸化炭素を排出しません。低炭素な燃料として、今後の活用が期待されています。

完成した中空糸膜モジュールを点検する谷口准教授。開発技術の実用化に向けた一歩となる。

谷口准教授の研究は、単にラボでの取り組みにとどまりません。膜の実用化に向けてスケールアップに成功し、企業と共同で実証試験を始めるなど精力的に活動を行っています。他方で、もう一つの環境問題、プラスチック問題、を解決するべく、新たな高分子材料を設計しています。土に還ることのできないプラスチックの、環境に及ぼす長期的な影響が、世界中で懸念されています。そこで、谷口准教授は、自然環境中で分解するプラスチックの開発に乗り出しました。

「高分子材料科学は、こうした問題に対する新たな突破口となるのです。原理を調べ、新しい発見を重ねていくことで、進歩し、解決策の実現につながるのです」と谷口准教授は強調します。

研究室での実験から、現場での実用化に至るまで、谷口准教授は高分子の観点から環境問題に挑戦しようと研究に力を注いでいます。

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