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固体触媒を用いる次世代型プラスチックリサイクル・アップサイクル法の開発 【用途例】固体触媒を用いたプラスチック類の高効率分解および新規アップサイクル法
これまでに行われてきたプラスチック類のケミカルリサイクルでは、高温高圧といった厳しい条件を必要とするケースが多く、また溶液中で用いる均一系触媒が多く用いられてきました。そこで、より温和な条件下で再使用できる固体触媒の開発が望まれています。本研究では、独自のナノ触媒技術を駆使して合成した固体触媒を用いる、高効率プラスチック分解を目指します。さらに、本触媒を利用して、プラスチックのアップサイクル法を提案していきます。
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鉄触媒を利用したシランカップリング剤、シリコーンゴム、シリコーン樹脂の製造 【用途例】高機能有機ケイ素部材
シランカップリング剤、シリコーンゴム、シリコーン樹脂などの有機ケイ素部材の製造には希少な白金が触媒として利用されています。白金触媒は硫黄などのヘテロ原子が微量でも材料中に混入すると触媒被毒により性能を発揮せず、化学反応が進行しません。本技術開発により、鉄触媒を利用した有機ケイ素部材の製造法を確立し、貴金属に依存する有機ケイ素部材製造技術からの脱却を実現します。また、現在の白金触媒技術では製造不可能な窒素、リン、硫黄などのヘテロ原子を含有する有機ケイ素部材の製造に挑戦し、新しい有機ケイ素産業の創出を目指します。
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パターン光照射によるナノ結晶のパターニング 【用途例】フィルムに幅広い機能を付与
近年、金属や無機のナノ結晶(粒子)の合成法が研究され、それらのサイズ･形状･組成などが容易に調整できるようになりました。その結果、様々な(光学的･電子的･磁気的･触媒的)性質を持ったナノ結晶が利用可能となっています。目的に沿ってナノ結晶を選定し、フィルムにパターニングすれば、例えば、電気伝導や熱伝導の方向を制御できるなど、色々な応用が考えられます。提案する方法は、原理的に、特定のモノマーやナノ結晶に限定されないと考えています。本研究でその特徴が明らかになれば、ワンステップで様々なナノ結晶をポリマーフィルムにパターニングすることのできる、機能性の光硬化材料の開発に繋がると期待しています。
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軽量・高強度・低コストなラージトウ炭素繊維スタンパブルシートの製造技術 【用途例】軽量・高強度な炭素繊維複合材料部材の適用
本研究開発では軽量・高強度な炭素繊維スタンパブルシートをラボスケールで連続的に作製するプロセスの実証を目指します。炭素繊維複合材料の適用を妨げるコストの課題について、より安価な炭素繊維基材と工夫された製造技術によって解決します。幅500mm程度、長さは数メートルのスタンパブルシートをラボスケールで作製可能です。共同研究を通じて社会ニーズに応じた様々な製品用途へ炭素繊維複合材料を展開できればと考えています。
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次世代の蓄電を担う超環境適合かつ持続可能なオール有機電池の開発 【用途例】持続可能なオール有機電池
脱炭素社会に向けた再生可能エネルギーの導入には、電気エネルギーの貯蔵を担う二次電池が必要であり、その需要はますます増加している。一方、二次電池には、資源枯渇の問題から、今後、高い環境適合性及び再利用性が必須となる。本研究開発では、生体物質など地球上に豊富な資源を原料とした環境負荷の小さい合成法によって機能性有機材料を調製し、これらを電極活物質とした持続可能なオール有機電池を提案する。
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低温廃熱利用CO2フリー廃棄物ガス化を実現する低温作動酸素キャリア 【用途例】廃プラスチック、廃バイオマスなどの廃棄物を原料としたカーボンニュートラル化学品製造
ナノ粒子を酸素キャリアとして、時間的、または空間的に反応場を分離する（ケミカルループ法）ことで、反応制約を打破し、低温でも十分な速度で反応を進行させる。一方の反応場では炭化水素が合成ガスに、もう一方の反応場では水が水素に転換する。ガス化反応の低温化により、産業の低温廃熱で、吸熱反応である合成ガス生成反応を駆動することが出来るようになれば、廃棄物の自己燃焼や化石資源の燃焼が不要なCO2フリー廃棄物ガス化が実現する。
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排水処理のエネルギー消費量と生産量の差し引きがゼロとなるネット・ゼロ・エネルギー水再生システム 【用途例】トイレ・散水・清掃などの非飲用目的の再生水製造
再生水は水資源としてのポテンシャルは高いが、下水処理水の再利用率は約1.3％（新下水道ビジョン）程度しかなく、いまだ利用量は少ない。人口10万人以上で、渇水確率1／10（水道減断水）以上の都市における下水処理場は全国で約400箇所あり、そのうち下水処理水を緊急的に利用するための施設を設置している下水処理場は約100箇所あり、約25％を占めている（新下水道ビジョン）。未だ約75％が下水処理水を緊急的に利用するための施設を設置していないことから、本技術が普及する可能性は高い。
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高活性塩基による有機分子への実践的ＣＯ２固定 【用途例】医農薬品、染料、液晶
ブレンステッド塩基による芳香族カルボン酸の合成としては、古くは1860年に、フェノール類のカルボキシル化反応が実施できることが見出された。これは化学工業において今でも利用されている重要な反応である。例えば、この反応で得られる安息香酸類は医薬品、農薬、防菌剤、あるいは液晶ポリマーの原料として用いられる。しかし、これまでのところ、フェノール類以外の芳香族含有化合物への展開はごく限定的な状況にある。本研究では、多様な基質が利用できる基質適応範囲の広い反応系を開発することを目的とする。産業界の多分野で利用できる実用的な反応として確立することを目指す。
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デジタルツインに向けた高度な水素およびアンモニア燃焼の予測 【用途例】水素・アンモニア燃焼（専焼・混焼）、水素またはアンモニア（専焼・混焼）による発電
水素及びアンモニアの燃焼において、様々な課題（逆火リスク、燃焼振動、燃焼速度、NOｘ排出量など）が残っている。水素及びアンモニアの燃焼における課題を解決するためには、基礎となる理論のモデル化が必須である。構築したモデルは流体の流れ場だけではなく、中間体を含めたすべての物質が起こりえる化学反応も取り入れる必要がある。それらの結果を可視化することで、実際の水素及びアンモニア燃焼に起きる過程を把握することができる。また、様々な燃焼条件による燃焼データ（数値計算及び実験から得られたもの）を蓄積し、機械学習によってデータを処理し、新たな燃焼条件における燃焼現象を短時間かつ正確に予測することができる。
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非侵襲的ウェアラブル心身的負担計測システム 【用途例】作業負担解析による労働持続可能の提示
作業時の心身的負担を定量的に把握し、労災や精神疾患の未然防止、および休業による機会損失の低減を目指す総合的な負担可視化システムである。作業者の状態に応じた労働最適化を可能にすることで、高齢者が安全安心に働ける環境を実現し、労働持続可能性の向上と人手不足の解消に寄与する。さらに、健康（労働）寿命の延伸を通じて、高齢者医療費や介護保険負担の低減にもつながる社会的価値の高い技術である。
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金属元素を用いずに金属調光沢を発現！水溶性インクから調製する金属調光沢材料の開発 【用途例】塗料、筆記具、化粧品、電子材料など、様々な分野へ展開
一般的な金属光沢塗料は、金属フレークを展色剤中に分散させることで光沢を発現しています。しかし、金属の使用が腐食や色ムラの発生などを引き起こします。本研究では、金属を含まない有機高分子で金属調光沢を実現するため、これまでの金属調光沢塗料よりも軽く、腐食しにくいといった特徴があります。また、光沢膜は有機高分子からなる色素粉末を水に溶かした水溶性インクを基板に塗布することで調製します。有機溶媒を使う必要がないため、環境に優しいインクから様々な物に金属調光沢を付与することができると期待されます。
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高効率なゲノム編集を実現する改良型CRISPR/Cas9システムの研究開発 【用途例】改良型CRISPR/Cas9はほぼ全ての生命科学分野の基礎研究・応用研究へ適用できる
ゲノム編集は今や世界中の研究室で日常的に行われており、その多くでCRISPR/Cas9システムが使われています。それらの研究室へ改良型CRISPR/Cas9システムを届け、効率的なゲノム編集実験を可能にすることによって世界の生命科学研究に貢献したいと考えています。また近年、ゲノム編集は畜産業、水産業、農業などへ応用され、開発されたゲノム編集食品が既に国内外で流通し始めています。本研究で高効率な改良型CRISPR/Cas9システムを確立することによって、ゲノム編集技術の産業応用が促進され、新たなゲノム編集食品などの製品の開発へとつながるものと期待しています。
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高温環境でのIoTを可能にする熱電モジュール 【用途例】高温製造現場のIoT化を実現する環境発電電源
データを取得・解析することで、システムの効率的運用が可能になる。データの取得にはセンサーや通信デバイスが必要であり、それらを動かすための電源が不可欠である。材料の製造現場などは高温環境に置かれているが、高温環境に置かれたシステムは複雑な場合が多くIoTによる管理が有効である。しかし高温環境に対応したメンテナンスフリー電源はほとんどない。本研究では高温環境に対応できる環境発電電源を開発し、データの取得によるシステム管理の基盤技術とする。
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スマホを胸ポケットにいれて作業するだけで業務を可視化 【用途例】ロボットの導入効果を数値化して、販売や製品開発を支援
本システムでは、計測アプリをインストールしたスマホを胸ポケットにいれて（または首から下げて）作業するだけで、現場の業務を可視化できる。特に本研究では、現場の機械化のニーズを要素作業・動作・姿勢レベルで定量的に算出することを目指す。さらに、機械導入前後で計測を行うことで、実際の導入効果と、発生している付帯作業等を把握でき、アフターサービスや今後の製品開発への活用にも利用できる。
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しきい値近傍アブレーションによる非侵襲レーザー微細加工 【用途例】FIBやナノリソグラフィに頼らない薄膜デバイスの製造法
ナノテクノロジーを応用した先端のエレクトロニクス・センシングデバイスや、二次元材料を利用する将来の半導体産業の登場に向けて、加工・製造プロセスの革新が求められています。本技術は、フェムト秒レーザー加工の有する特徴（幅広い適用材料、加工の簡易性、迅速性、省エネルギー性）を備えつつ、従来のナノ加工法では取り扱いの難しかったナノメートル厚さの薄膜や二次元材料を直加工・表面洗浄・物質改変できる、新しい要素技術です。
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