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カーボンニュートラルを実現するためには、再生可能エネルギーの普及拡大が不可欠です。しかしながら、昨今の太陽光発電は災害による事故の多発や条例の制定などにより、普及が進まない要因となっています。そのため、立地制約のない次世代太陽電池の実用化が望まれています。本研究が実用化されれば、次世代の太陽光発電として、再生可能エネルギーの普及拡大に寄与することが期待できます。
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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