持続可能エネルギー

北海道大学、東北大学、名古屋工業大学の共同研究チームは、レアメタルフリーな鉄を主成分とした、低コスト・高容量・寿命の共立が可能なリチウムイオン電池の正極材料を開発した。鉄と酸素両方の反応を活用して高容量化し、材料にシリコンやリンなどを導入することで高エネルギー密度と高サイクル寿命の両立に成功した。

立命館大学、森林研究・整備機構森林総合研究所、京都大学、国立環境研究所が参画する国際研究チームは、1900年から2050年までの生物多様性と生態系サービス（生態系から提供される人間の利益になる機能や資源）の変化を、複数のシミュレーションモデルと指標を用いて多面的に明らかにした。

名古屋工業大学と海洋研究開発機構の研究グループは、2040年には日本の大都市圏で熱中症による搬送者数が2010年代に比べて2倍になるとの予測を発表した。2040年には日本の大都市圏の人口は現在と変わらない、あるいはやや減少すると見られているが、平均気温の上昇と高齢化によって熱中症による搬送者数が現在と比べて大きく増加するとしている。

海洋研究開発機構、東北大学、気象庁気象研究所などの共同研究チームは、大気中メタン濃度の変化に対し、化石燃料および微生物起源のメタン放出がそれぞれどのように影響したか観測データとモデルを組み合わせて解析する新たな手法を開発。1990年代から2010年代にかけて微生物起源のメタン放出が顕著に増加しており、廃棄物埋め立ておよび農業・畜産業の寄与が75％を占めることがわかった。

東京大学の研究チームは、料理レベルでの持続可能な食生活を探求するために、新たに混合整数計画モデルを構築。同モデルを用いて、料理ごとの栄養価、価格、およびカーボンフットプリントを定量化し、「混合食」が栄養ニーズを満たしつつ環境への影響を低減する、より持続可能な料理であることを明らかにした。混合食とは、食材を肉、魚介、野菜などに分類するとき、単一の食材から成る料理ではなく、さまざまな食材を含む料理を指す。

東北大学、大阪大学、東北電力の研究グループは、地熱エネルギーの資源を予測する新技術を開発した。この技術は機械学習を活用し、地熱貯留層の状態をより正確に推定することが可能である。地熱貯留層は通常、その地質が複雑で予測が困難であるため、従来の方法では正確な地下の状態を把握するのに限界があった。

大阪大学と英インペリアルカレッジロンドンの国際共同研究チームは、電解液のピーエイチ（pH）が、水の電気分解による「グリーン水素」製造の効率の低下要因となる、酸素発生反応速度に与える影響とそのメカニズムを解明した。

東北大学発スタートアップのRTiキャスト（RTi-cast）は、民間事業者としては初となる津波予報業務の許可を気象庁から取得。高知県および高知県沿岸の19市町を対象にて津波予報業務を開始する。県および各市町の地方自治体における津波災害対策・対応業務の支援に活用されることが期待される。

東北大学、北海道大学、東北大学発スタートアップ企業アジュールエナジー（AZUL Energy）の共同研究チームは、燃料電池の正極における酸素還元反応（Oxygen Reduction Reaction, ORR）用に、鉄を使った高活性な金属錯体触媒を発見した。

東北大学、電力中央研究所、東北大学発ベンチャーのアジュールエナジー（AZUL Energy）、英国のスタートアップであるアンフィバイオ（Amphibio）の共同研究チームは、安全な触媒と紙、マグネシウムをベースに「金属空気紙電池」を作製。塩水をトリガーに8V（ボルト）の電圧と100mW（ミリワット）/cm²（平方センチメートル）以上の出力を実現した。

東京工業大学、台湾国立陽明交通大学工学院などの国際共同研究チームは、励起波長2200ナノメートル（nm、1nmは10のマイナス9乗メートル）で世界最高の量子収率を持つ「Au@Cu7S4」新型光触媒を開発し、可視光および近赤外線照射下で顕著な水素生産を達成した。量子収率は、光エネルギーをどれだけ効率よく化学的なエネルギーに変換するかを表す指標であり、太陽エネルギーの効率的利用を可能にする技術として、脱炭素社会の実現に貢献することが期待される。

京都大学の研究チームは、世界全域を対象としたエネルギー・シミュレーションモデルを用い、脱炭素化に向けた水素・アンモニア発電の役割について分析。その結果、脱炭素社会における水素・アンモニア発電の貢献は限定的であることを解明した。

NECは、プラスチックなどの素材のライフサイクルを管理し、国内外で利用できる「プラスチック情報流通プラットフォーム」のプロトタイプを開発した。東レ、アミタホールディングスと共同で2024年4月から実証試験を実施する。

北海道大学の研究チームは、光触媒とコバルト触媒を組み合わせることで、アルキン（炭素-炭素三重結合を持つ分子）とアルデヒドをもつ原料を、還元しながら環状化合物に変換（還元的環化）することに成功した。この反応で得られる多様な環状アルコールは医薬品骨格に含まれる普遍的な構造であるため、創薬研究での利用が期待される。

東京大学の研究チームは、液体中のリチウムイオンが感じる「静電的な居心地の良さ」を理論的に計算し、濃厚電解液における電極-イオン間の電子授受のしやすさ（電極電位）の定量評価を可能にした。蓄電池の正極・負極における電極電位と、電解液の関係が数値的に可視化されたことで、電池材料の全体最適化による二次電池の高性能化への貢献が期待される。

東京工業大学、大阪大学、筑波大学の研究グループは、新しい方法で水素エネルギーを取り出す技術を開発した。

東京都立大学、ウシオ電機、大気社は共同で、太陽光などを使って大気中の二酸化炭素（CO₂）を高効率・低コストで回収し、適切な濃度の二酸化炭素として植物工場に供給するシステムの開発に着手した。2030年までの事業化を目指す。

横浜国立大学、住友金属鉱山らの共同研究チームは、リチウムイオン電池に用いる新しいニッケル系層状材料（Li_0.975Ni_1.025O₂）を開発し、同材料がコバルトフリー構成でありながら、高エネルギー密度・長寿命の電池正極材料となることを発見した。材料の欠陥構造の制御により高性能化を実現しており、従来手法を利用して合成できるため、実用的な電池材料としての利用が期待できる。

京都大学の研究チームは、半導体量子ドットを集めて結合させることで現れる新しい協同効果を発見し、その効果を利用して非線形光電流を増大させることに世界で初めて成功した。

岡山大学や東北大学などの共同研究チームは、光合成を担う「ゆがんだイス」型の触媒が、水分子を取り込み、酸素分子生成の準備が完了するまでの一連の動きを捉えることに成功した。光合成で水分子から水素イオンと電子を取り出す仕組みの解明だけでなく、光で水を分解するための触媒の設計に重要な指針を与える成果として、人工光合成の実現につながりそうだ。

東京大学の研究チームは、ポルフィリンと分子状タングステン酸化物を組み合わせて、活性酸素を効率良く安定に生成できる分子光触媒を新たに開発した。資源循環を指向した分子触媒や、エネルギー変換材料、光機能材料、医療、分子エレクトロニクスなど幅広い応用が期待される。

大阪大学と静岡理工科大学の共同研究チームは、安価な市販のアルデヒド化合物（以下、アルデヒド）を原料に、太陽光と酸素から過酸を合成することに世界で初めて成功。反応速度論と数理モデル解析から、従来法の問題である過剰酸化反応、及び本過酸合成反応機構詳細を解明した。

京都大学の研究チームは、核融合プラズマのデジタルツインによる予測制御システムを開発。核融合科学研究所に設置した超伝導プラズマ実験装置である大型ヘリカル装置（LHD）において、その制御能力を実証した。

東京大学、海洋研究開発機構、群馬大学、製品評価技術基盤機構、産業技術総合研究所、日本バイオプラスチック協会の共同研究チームは、さまざまな生分解性プラスチック（ポリ乳酸を除く）が、水深や環境の異なる日本近海の5地点の深海底（757～5552メートル）のいずれでも、微生物により分解されることを、世界で初めて明らかにした。分解が実証された生分解性プラスチックは、世界中のいずれの海域においても分解されると考えられ、世界的なプラスチック海洋汚染問題の解決に貢献すると期待される。

京都大学、トヨタ自動車などの共同研究チームは、次世代の二次電池として期待されている、全固体フッ化物イオン二次電池用の新規インターカレーション正極材料の開発に成功。高い容量、優れたサイクル特性および出力特性を示すことを見出した。

名古屋大学の研究チームは、真空蒸着プロセスに使用でき、形態的に安定な真空蒸着膜を与えるフラーレン（炭素原子が球状の構造を成している化合物の総称）誘導体を開発。同誘導体を、次世代太陽電池として期待されているペロブスカイト太陽電池の電子輸送層に用いることで、同太陽電池の課題とされている耐久性を向上できることを示した。

理化学研究所、東京大学、北海道大学の共同研究チームは、6原子程度から成る金属クラスターが無数の細かい穴（細孔）に取り込まれた触媒を創製。同触媒を用いて大気中の窒素分子（N₂）からアンモニア（NH₃）を、低い温度でも持続的に合成することに成功した。燃焼時に二酸化炭素（CO₂）を排出しないアンモニア燃料の合成を、温和な条件下で可能にする手法であり、省エネや脱炭素社会への貢献が期待される。

山形大学と関西学院大学の研究グループは、アノード（負極）に亜鉛を採用し、超高速充放電が可能な二次電池の新しい電極を開発した。亜鉛はリチウムやナトリウムよりも大きな体積エネルギー容量を持ち、大気中や水に触れて発火する恐れもなく、安全に扱える。亜鉛を使用した二次電池の開発は続いているが、容量を維持しながら高速充放電を実現することが困難だった。

東京工業大学の研究チームは、バリウム・シリコン・酸素の組成からなるBa₃SiOが、毒性元素を含まない材料として過去最高の熱電変換効率を示し、高性能熱電材料として有望であることを見い出した。熱電変換とは、導体や半導体の一部に熱エネルギーを加えて温度差を作ることで電圧を発生させる技術であり、熱電変換効率はその性能指数である。

東京大学とアイシンなどの共同研究チームは、圧力印加による断熱冷却（および断熱加熱温度）が世界最高の固体冷媒を開発した。地球温暖化の原因となるなど環境に悪影響を与え得るガス冷媒に替わる、高性能な固体冷媒の実現が期待される。

東京大学の研究チームは、量子開放系の一種である量子衝突モデルにおいて、「不確定因果順序」と呼ばれる、新しい因果構造に由来する特異な効果を発見。この効果を利用した量子バッテリーの充填プロトコルを理論的に提案した。さらに、共同研究を進めている北京計算科学研究センターが、量子光学実験により同理論の検証に成功。研究チームの提唱した量子バッテリー充填方式が、既存の方法より優れた性能を示すことを理論と実験の両面から明らかにした。

物質・材料研究機構（NIMS）とソフトバンクが運営するNIMS-SoftBank先端技術開発センターの研究チームは、高エネルギー密度蓄電池用電極材料において、放電電圧が充電電圧に比べて著しく低くなる、電圧ヒステリシスの原因を解明した。

筑波大学、名古屋大学、高知工科大学の研究グループは、海水の電解による水素製造に利用できる高耐久性卑金属合金電極を開発した。水電解による水素製造は、炭水を精製した純水を大量に消費するため、施設の設置場所が大量の淡水を取得できる場所に限られる。海水の電解による水素製造も可能だが、貴金属を使った電極が不可欠であり、コストが高いため普及していない。

金沢大学とダイセルの研究グループは、可視光を受けて二酸化炭素を一酸化炭素に還元するダイヤモンド固体触媒を開発した。ダイヤモンドを二酸化炭素の還元に使う際、電気化学反応を起こすために必要とされる理論的な電位と、実際に電気化学反応を進行させるときに必要な電位の差を示す過電圧が大きく、実用的な電圧で還元反応を起こすには助触媒金属との複合や、深紫外光などの高エネルギー光を照射することが必要だった。

国立環境研究所と英ケンブリッジ大学の国際共同研究チームは、全世界における鉄鋼・セメント産業を対象としたシミュレーションモデルを構築し、カーボンニュートラル達成に向けた将来像を検討。気温上昇を1.5℃から2℃未満に抑制するための二酸化炭素（CO₂）排出許容量内で供給可能な鉄鋼とセメントは、将来の世界的需要に対して不足する可能性が高いことを明らかにした。

北海道大学など16カ国・80人以上の研究者が参加する国際研究グループは、過去6500万年間の気候とCO₂濃度の復元記録を最新の知見を活かして再検証した。これまでに発表済みのさまざまなデータを整理し、新たに更新された知識に基づいて個々のデータの信頼性を3段階で評価。最新の知見に基づいて大気CO₂濃度復元値を校正し、従来の定説とは一部異なる結果が得られたという。

大阪公立大学、東北大学、北京大学、エア・ウォーターの研究グループは、放熱性能を従来品の2倍以上に高めた窒化ガリウム・トランジスタを開発した。窒化ガリウム・トランジスタは、動作時の発熱が性能低下や寿命短縮の原因になるが、従来品が基板として使っている炭化ケイ素では放熱性能が不十分と考えられている。そこで基板材料として、最も高い熱伝導率を持つダイヤモンドが注目されているが、素子とダイヤモンドとの接合が困難なことから、期待通りの放熱性能は得られず、実用化に至っていない。

東京大学と名古屋大学の共同研究チームは、コンクリートなどのセメントを用いた材料について、空気中の二酸化炭素（CO₂）と反応して無機炭酸塩の形で固定化したものであることと、その際に固定化した二酸化炭素量を、炭素の放射性同位体である炭素14（¹⁴C）を用いて明らかにする手法を開発した。

東芝は、コバルトフリーな5ボルト（V）級高電位正極材料を用いて、副反応として生じるガスを大幅に抑制可能な、新たなリチウムイオン二次電池を開発した。5V級高電位正極は、電解液の分解によってガスが発生することが実用上の課題であったが、電極の構成部材を改良することにより、従来型の電解液を使用しながらも副反応を大幅に低減できた。