持続可能エネルギー

東京大学の研究チームは、光と酸がそろったときにのみ分解できる高分子材料を開発した。従来の光分解性材料は光で分解できるため環境への悪影響が少ない利点があるが、光が当たる場所では使えないのが欠点。今回開発した材料はその欠点を解消するものとなる。

宇宙航空研究開発機構（JAXA）と日立造船の研究グループは、国際宇宙ステーション「きぼう」で全固体リチウムイオン電池の実証実験を実施し、充放電に成功した。

国立環境研究所の研究チームは、セメント・コンクリートの供給側と需要側における計16の二酸化炭素（CO₂）排出削減策を調査し、日本のセメント・コンクリート部門における2050年カーボン・ニュートラル（炭素中立）の達成方法を検討。その結果、供給側における対策を最大限に実施するだけでは不十分であり、需要側における対策を組み合わせて早急に実施することで初めて達成が見込まれることを示した。

東北大学の研究チームは、プラズマ技術を利用して、空気を材料として高濃度の五酸化窒素（N₂O₅）ガスを生成できる装置を開発。同ガスを植物に処理することで、灰色かび病菌やキュウリモザイク・ウイルスの感染が抑制されることを示した。

電気通信大学とグリッドの研究グループは、電力需要や天候といった、不確実な要素がある環境で、電力の消費と売電を適正に制御する強化学習手法を開発した。従来の手法よりも、制約を守りながら経済的な売買電計画を作成できるという。

東京工業大学、東京大学の研究グループは、全固体リチウム電池の硫化物固体電解質と電極材料の間に発生する高い界面抵抗が発生する原因を突き止めた。さらに、界面に緩衝層を挿入することで、界面抵抗を低減できることを実証した。

京都大学、神戸大学、兵庫県立大学の共同研究チームは、湿地性樹木の一つであるハンノキの幹から大量のメタンが放出されていることを突き止めた。湿地の土の中に生息するメタン生成菌とよばれる微生物が作り出したメタンが、樹木の根から入り込み、根から上昇して幹から出てくる仕組みだという。

東北大学、カリフォルニア大学ロサンゼルス校、ジョンズホプキンス大学の研究グループは、3Dプリント技術で作成した負極を使って、ナトリウムイオン電池の大容量化に成功した。

高エネルギー加速器研究機構（KEK）や日本原子力研究開発機構などの共同研究チームは、燃料電池自動車に搭載される実機サイズの燃料電池セル内部の水の生成・排出に関する挙動を、パルス中性子ビームを用いて、ほぼリアルタイムで可視化することに成功した。

東北大学の研究チームは、可視光透過率が約80％で、肉眼でほぼ存在が認識できないレベルの高透明太陽電池の開発に成功した。さらに、ナノスケールデバイスを1平方センチメートルに大規模集積することにより、実用デバイスを駆動できるレベルの電力（420ピコワット。ピコは10のマイナス12乗）を発電できることを実証した。

東京大学の研究チームは、ペロブスカイト太陽電池とCIGS太陽電池を組み合わせた「ペロブスカイト／CIGSタンデム太陽電池」として世界最高性能となる変換効率26.2％を達成した。タンデム太陽電池のトップセルに使う半透明ペロブスカイト太陽電池の性能を劇的に高め、変換効率19.5％を実現できたことが要因だという。

京都大学の研究チームは、多接合太陽電池で使われる半導体を、波長変換材料を挟んで接合する方法を新たに開発した。この技術を使って複層型の太陽電池を試作したところ、電流が2割程度、発電効率が3割程度増大したという。

京都大学発スタートアップである京都フュージョニアリングは、核融合発電システムによる発電を試験するプラント「UNITY（Unique Integrated Testing Facility、独自統合試験施設）」の基本設計を完了し、2024年末の発電試験開始に向けた建設プロジェクトに着手した。核融合発電システムの試験施設はこれまで世界に存在せず、核融合による発電可能性を実証した事例もなかった。UNITYは、核融合プラントの主要な機器の試験施設として、また核融合発電の総合的な技術実証施設として、世界に先駆けた開発計画となる。

東京農工大学と東京都立大学の共同研究チームは、ポリエステルを原料の単量体に完全分解する触媒反応を開発した。ポリエステルは繊維や食器類、ペットボトルなどの飲料容器、自動車部品や農業用資材などに使われている汎用性高分子であり、大量に消費されている。社会課題となっているプラごみ問題の解決に道を開く成果として、今後の実用化が期待される。

国立環境研究所、東京大学、韓国科学技術院などの国際共同研究チームは、過去最大を超える干ばつが何年も継続して起こるようになる時期を、初めて推定した。地中海沿岸域や南米南部など特定の地域では、今世紀の前半もしくは半ば頃までに、過去最大の干ばつを少なくとも5年以上継続して超える時期を迎え、「これまでの異常」が珍しいものではなくなる可能性が高いことが分かった。

理化学研究所、筑波大学、横浜市立大学の共同研究チームは、植物へのエタノールの投与により、高温ストレス耐性が強化されることを発見した。気候変動への対応で求められる、農作物の高温耐性を強化する肥料や技術の開発につながりそうだ。

物質・材料研究機構（NIMS）、北海道大学、広島大学からなる共同研究チームは、紫外線（UV）を吸収する無色の二核鉄イオンを、多孔質シリカ（二酸化ケイ素）で安定化させた酸化鉄系材料を開発した。今後性能を高めることで、安全性に懸念が残る酸化チタンをUV防止剤として使う化粧品や日焼け止めクリームの代替品や、空気清浄機などの光触媒に応用できるという。

京都大学の研究チームは、バイオディーゼル生産時の副産物である「廃グリセロール」と大気中の窒素を栄養源とする窒素固定細菌を利用して、生分解性プラスチック素材の生産に成功した。廃グリセロールは強いアルカリ性（pH 9.3）で不純物を多く含むため、利用するには脱脂や中和などの前処理が必要だが、研究では水道水で希釈するだけで再利用を実現した。

沖縄科学技術大学院大学（OIST）の研究チームは、「オレフィンメタセシス反応」を促進する触媒を開発した。オレフィンメタセシス反応は炭素-炭素二重結合の形成に最も広く使われている触媒反応の1つで、一般には触媒として貴金属であるルテニウムを使用する。ルテニウムと鉄は周期表で同じ族に属しており、似たような性質を持つと考えられているため、化学者はこの目標を達成する方法を模索してきた。

横浜国立大学、産業技術総合研究所、東京工業大学の研究グループは、二酸化炭素と粉末シリコンを触媒で反応させることで、ギ酸やメタノールといった有用化学品を生成することに成功した。粉末シリコンは太陽光発電パネルの製造過程で排出されるシリコンウエハーから簡単に製造でき、廃材を有効活用しながら二酸化炭素の吸収にも役立つ研究となる。

京都大学とSymbiobe（シンビオーブ）の研究グループは、紅色光合成細菌を使って農業肥料を生成することに成功した。一般に、農業肥料製造の際には「ハーバー・ボッシュ法」で窒素を固定する必要があるが、高温高圧環境を作るためにエネルギーを大量に消費してしまうことが課題となっている。今回の手法で農業肥料を生産できれば、エネルギー消費量や二酸化炭素排出量を大幅に抑えられるという。

東京工業大学の研究チームは、電解液の送液によって生じるエネルギーを利用して有機化合物の電気分解反応（電解反応）を駆動する手法を開発した。さまざまな有機化合物の電解反応への応用が期待でき、環境負荷の低い化学反応法として有望なほか、電力の届かない極限環境で電解反応を実行するデバイスとしての発展も期待できそうだ。

佐賀県と宇宙航空研究開発機構（JAXA)、宇宙スタートアップのSynspective（シンスペクティブ）、島内エンジニアの共同チームは、全国的に頻発している豪雨などへの水災害への対策の強化に向けて、衛星データを活用した浸水被害モニタリングサービスの実証実験を実施した。災害発生時だけでなく、復旧・復興時の被災状況データ蓄積への活用などの新たなユースケースを得ることができたという。

東北大学の研究チームは、リチウムやナトリウムを用いたアルカリ金属負極蓄電池において、リチウムやナトリウム金属の針状析出の発生を抑制することに成功した。アルカリ金属負極電池の実現に向け、性能と安全性を向上させる新しい電解液設計の重要な指針を与えるものだ。

理化学研究所の研究チームは、オジギソウが外界の刺激を感知して運動する機能を用いて、枝に軽く触れるだけで開閉可能な小型の弁（バルブ）を開発した。小型で電源が不要な機械として、暑熱乾燥時の放水デバイスなどへの応用が期待できるという。

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。