持続可能エネルギー

東京工業大学の研究チームは、鉄さびの主成分であるα型酸水酸化鉄（α-FeOOH）からなる固体触媒を開発。可視光をエネルギー源として、二酸化炭素を、水素のキャリア物質であるギ酸へ変換することに成功し、世界最高の二酸化炭素還元選択率でギ酸を得る初の鉄系固体触媒を実現した。

東京大学の研究チームは、水を高速で通すが塩は通さないナノチューブを開発した。同様の性質を持つ物質としてはアクアポリンが知られているが、今回開発したナノチューブはアクアポリンの4500倍の速度で水を通すという。海水を淡水化する水処理膜への応用が期待できそうだ。

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と東京大学、広島大学、AGCの研究グループは、地球温暖化係数（GWP：Global Warming Potential）が低いハイドロフルオロオレフィン（HFO）の自己分解反応を抑制することに成功した。HFOはGWPが低いことから、次世代エアコン用冷媒として期待されているものの、外部からのエネルギーを受けて分解してしまう自己分解反応が問題だった。

東京都立大学と京都大学の共同研究チームは、大気中の低濃度二酸化炭素（400ppm、0.04％）の二酸化炭素を、99％以上の効率で除去する直接大気回収（DAC：Direct Air Capture）システムを開発した。既存技術と比べて二酸化炭素吸収速度が2倍以上速く、二酸化炭素吸着材を繰り返し利用可能なことから、高性能で低コストのDACシステムとして実用化が期待される。

京都先端科学大学と東京大学の共同研究チームは、日本を含む北西太平洋における台風由来の豪雨の頻度を、過去およそ50年間の観測データから調べて、中国南東部の沿岸域から日本にかけては豪雨の頻度が増加し、より南の地域では減少したことを示した。さらに、気候モデルによるシミュレーションデータと併せて解析することで、その変化には人間活動に由来する温暖化が影響していることを証明した。

東北大学の研究チームは、不純物元素を大量に含むアルミニウム・スクラップを純アルミニウムに再生できる技術を開発。再生する際にかかるエネルギーを世界で初めて、アルミニウム新地金の製造時の半分以下に抑えることに成功した。

東北大学とカリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究グループは、3Dプリンターを利用して、電極面積あたり世界最大級のエネルギー密度と出力密度を持つスーパーキャパシターの作製に成功した。再生可能エネルギーの利用拡大に伴い、出力変動を吸収する機器として蓄電池やキャパシターに注目が集まっている。キャパシターは電極シートを厚くすることでエネルギー密度を上げられるが、電極を厚くするとイオンが十分な速度で移動できず、出力密度が下がってしまうことが課題だった。

国立森林研究・整備機構森林総合研究所、国立環境研究所の研究グループは、植物にとってのさまざまな気候ストレスと森林の分布限界との関係を地球規模で評価するモデルを新たに開発した。気候変動による気温の上昇や乾燥によって森林分布が変化しやすい場所を高解像度かつ地球規模で推定できるようになった。

富士通とアイスランドのスタートアップ企業アトモニア（Atmonia）は、スーパーコンピューターと人工知能（AI）を活用して、アンモニアをクリーンに合成するための触媒を探索する共同研究を開始した。アンモニアは、燃焼しても二酸化炭素を排出しないカーボンフリーの物質として、排出量ゼロの実現に向けた次世代エネルギーとして注目されている。

金沢大学と物質・材料研究機構（NIMS）、大島商船高等専門学校らの研究チームは、磁気冷凍システムの極低温における駆動を実現し、同システムによる水素の液化に成功した。低コストで省エネルギーな水素液化プラントの開発につながる可能性がある。

東北大学の研究チームは、コバルトやニッケルなど一般的にリチウム電池正極の材料に使われるレアメタル以外の元素を多く含むリチウム電池正極材料の合成に成功した。リチウム電池の正極材料には、コバルトやニッケルといった層状岩塩型の結晶構造を有する特定のレアメタルを多く含む材料を用いるのが一般的だが、こうした特定レアメタルだけに依存しない柔軟な材料設計ができるようになる可能性がある。

北海道大学と東京大学の研究グループは、海底堆積物の分析から過去150万年間の大気中二酸化炭素濃度の変動を解明することに成功した。過去の二酸化炭素濃度を調べるには従来、南極の氷を掘削して得られるアイスコアが含有するガスを分析する手法が使われてきたが、80万年前までの分析が限界だった。

量子科学技術研究開発機構（量研）、東京大学、日本原子力研究開発機構の研究グループは、固体高分子形燃料電池の触媒性能を2倍以上高めることに成功した。燃料電池車（FCV）などで使われている固体高分子形燃料電池は、触媒に白金を使用しており、コスト削減には触媒の活性を高め、白金の使用量を減らすことが必要になっている。

京都大学防災研究所の研究チームは、米国アルゴンヌ国立研究所、気象庁気象研究所との共同研究で、地球温暖化による地球全体の高潮と波浪の将来変化を予測。日本を含む北西太平洋では、将来の台風の頻度が減少し、これに伴い、毎年発生する規模の高潮と波高は将来減少傾向を示すことが明らかになった。さらに、地球温暖化により台風は強化されるものの、50年に1度発生するような極端な高潮や波高の将来変化量は気候がもつ固有の自然変動量と同程度であることがわかった。

神戸大学の研究チームは、加工した赤錆（ヘマタイト）の光触媒作用で、太陽光と水から水素ガスと過酸化水素を同時に製造することに成功した。CO₂フリーな水素を製造するだけでなく、有用な化成品である過酸化水素も同時に製造することで、水素の製造コスト低減を狙える。

東北大学などの研究グループは、層状構造でカリウムを含有する二酸化マンガンが、繰り返し使える低級廃熱（120〜150℃）用蓄熱材料として利用できることを発見した。二酸化マンガンは電池の正極材として知られているが、蓄熱材料としての活用は珍しい。

名古屋大学の研究チームは、名城ナノカーボンと共同で、国産で大量製造されているカーボンナノチューブを用いて、有機薄膜太陽電池を開発することに成功した。有機系太陽電池の作製に必要な透明電極として一般に用いられる、希少元素であるインジウムを含むインジウムスズ酸化物が不要となる。

東北大学の研究チームは、正極に有機化合物を用いた有機リチウムイオン電池を、現行のリチウムイオン電池よりも高い4Vで動作させることに成功した。従来の有機リチウムイオン電池は低電圧でしか動作しなかったが、既存のリチウムイオン電池を超える電圧で動作させることに成功したことにより、コバルトなどのレアメタルに頼らない電池を開発できる可能性が高まってきた。

産業技術総合研究所（産総研）ゼロエミッション国際共同研究センターの研究チームは、日本精化と共同で、ペロブスカイト太陽電池に使われる有機ホール（正の電荷）輸送材料について、ドーパント（少量添加する不純物）を使用せず、高い光電変換効率が得られる新規材料を開発した。従来のホール輸送材料にドーパントを添加しない場合と比較し、変換効率が約3割向上。耐久性を確認するために耐熱性試験を実施したところ、1000時間を経過しても初期の光電変換効率を維持することが分かった。

九州大学などの研究グループは、過去60年間で環境に流出したプラスチックごみの行方をコンピューター・シミュレーションで解析し、「海洋プラスチック」は全体の5％（2500万トン）程度とする推計結果を発表した。海洋プラスチックの行方を重量ベースで明らかにした研究は初めて。

北海道大学の研究チームは、気候モデル実験や気象庁の予報データを分析し、2020年7月の九州地方の豪雨の原因の一つとして北極温暖化の影響があることを発見した。これまであまり注目されていなかった北極域から中緯度地域への遠隔影響の一端を明らかにしたことに加え、その影響を気象予報技術に応用することで、豪雨災害の予測精度を向上できる可能性がある。

NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）は、「CO₂等を用いたプラスチック原料製造技術開発」プロジェクトに着手する。プロジェクトの予算総額は1234億円。カーボンニュートラル（炭素中立）を実現する上で欠かせないコスト低減や用途開発のための技術を確立し、社会実装を目指す。

大阪大学レーザー科学研究所の研究チームは、世界で初めて、固体状態の重水素とトリチウム（三重水素）の混合体の屈折率の測定に成功した。トリチウムの新しい物性値が明らかになるのは約60年ぶり。将来の核融合発電炉で使われる固体重水素-トリチウム（D-T）燃料の検査手法が確立され、核融合炉の設計が進むことが期待されるという。