科学機器 №888

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2022.6

産学官との連携

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早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 応用化学科 教授

科学の峰々

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取材日：2022年5月9日
公益社団法人 化学工学会

ま つ か た2022.6

ま さ ひ こ松方 正彦 先生 に聞く

カーボンフリー社会時代の実現へ。
生活にも工業生産にも直接寄与する
触媒化学と膜分離工学を研究 上

化学プロセスに欠かせない触媒と膜分離の両輪から社会に寄与する技術を研究

ちなみに今の研究室は私が学

るいは大規模に省エネルギーが出生時代に所属していた研究室で来る膜分離技術を作っていくというす。途中で他大学に移るなどを経研究に取り組んでいるわけです。て、出身の研究室を引き継いだ

もしかすると、膜分離技術を研

松方先生は、世界的な課題であ形になっていますが、学生当時は究する事と環境面への貢献が結るエネルギー問 題や、カーボン「燃料化学研究室」という石油のびつきにくい方もいるかもしれませニュートラル社会の実現などに密有効利用技術を研究する研究室んが、実は化学産業では、分離接に関係する研究に取り組まれでした。

精製のプロセスで約40%のエネルています。主要な研究テーマに1980年代後半は第２次オイルギーを消費しています。それは非ついて教えていただけますか。

ショックの名残があり、石油につい常に膨大で、この分離精製で省ての問題が注目されて、私も興味エネが 出 来なくてはいけません。

大きなくくりで言うとエネルを持っていました。また、早稲田

それがすなわち、化学プロセス全ギーや化学品製造にかかわる応大学の応用化学は、大正時代か体を省エネルギー型にすることに用化学・化学工学の分野になり、ら石油の有効利用を研究の大きなつながります。

その中でも「触媒化学」と「膜テーマにしてきた面があります。そちなみに触媒と膜分離のどちら分離工学」 の２つを大きな研究ういったことで、石油の有効利用か片方だけを研究している研究室テーマとしています。触媒と膜分技 術という事にも長 年 取り組み、はたくさんあるのですが、両方を離 は、 化 学 反 応 のプロセスで、今も研究テーマの１つとしています。

テーマにしている研究室は、世界非常に多くの場合で必要になるもそうした中、ここ数年、カーボン中を見てもほとんど無いと思います。のです。化学プロセスは簡単に言ニュートラルが国際的な課題となっまた、CO2をゼオライトを使ったうと「反応させ、出来たものを分てきた中で、30年ほど前から取り吸着材や膜で分離回収し、さらにける」というものです。その中で組んできたゼオライトという物質をは回収したCO2をもう１度資源とし触媒は、ある物質を反応させて別使った触媒利用と分離膜の研究て循環させるために、例えば燃料【職 歴】の物質に変換するという作用を持にフォーカスしてきています。

や化学製品の原料になるような炭

1989年 ４月 成蹊大学工学部工業化学科助手

ちます。そして出来上がったもの

1992年 １月 大阪大学助手（基礎工学部化学工学科）

は100％の純度ではないので、欲聞き手 ：西岡光利

岡田康弘

日本科学機器協会 広報副委員長
日本科学機器協会 事務局長

（取材・撮影・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱松方安井久雄）

松方 正彦 先生のプロフィール【学 歴】
1984年 3月 早稲田大学理工学部応用化学科 卒業
1984年 ４月 早稲田大学大学院理工学研究科修士課程応用化学専攻 入学
1986年 ３月 同課程修了
1986年 ４月 早稲田大学大学院理工学研究科博士後期課程応用化学専攻 入学
1989年 ３月 同課程修了
工学博士

1996年 ４月 大阪大学助教授（基礎工学研究科化学系専攻：改組による）1997年 ４月 早稲田大学理工学部応用化学科助教授
2001年 4月 同 教授
現在に至る
【受賞歴】
1995年 ３月 平成７年度・化学工学会奨励賞
気相輸送法によるゼオライト合成法の開発と薄膜化
1996年 ５月 平成７年度・石油学会奨励賞
高機能性表面をもつ無機材料の合成とその作用に関する研究

しいものを得るには分離しないといけません。そこで膜分離を行うとい

実は化学産業の分野では分離精製のプロセスで約40%のエネルギーを消費うことになります。

化水素類などに変換する触媒技術の研究にも取り組んでいます。
その他、排気ガスの浄化技術など様々な研究に取り組んでいて、仲間を作って大きな動きにしていきそういうプロセスが化学プラント

先生の研究が、環境面の問題などに使われて色々な化学製品が解決にどのような形で寄与してく生み出されているわけですが、皆るのでしょうか。

さんご存知のように、カーボンフリーたいという思いを持っています。
以前、化学工学を専門とする先生から、「化学プラントに使われ社会の実現ということが世界的な松方

良い触媒を生み出すことている色々な要素をオーケストラ課題になっています。そうした環で反応は効率的になり、さらに反の指揮者のようにまとめる学問が境問題を社会的なイシューにして、応によって得られた生成物を省エ化学工学だ」と、うかがいました。

それらに対 応 するサイエンスを、ネで分離出来る技術を生み出す先生の研究も化学工学の分野と2014年 1月 ナノテク大賞プロジェクト賞（グリーンナノテクノロジー部門）

触媒と膜分離の視点から生み出事で、省エネ型の化学プロセスを重なるように感じます。

「規則性ナノ多孔体精密分離膜部材基盤技術の開発」

すことが、私の研究室の役割だと作ることが出来ます。そのような新考えています。

しい化学プロセスを作っていく、あ1998年12月 平成１０年度・触媒学会奨励賞
ドライゲルコンバージョン法によるゼオライトの合成と薄膜化
2001年 2月 平成12年度・日本エネルギー学会進歩賞
石灰石と硫黄および塩素化合物との高温反応に関する基礎研究

松方 そうですね、触媒で起きる科学機器 №888

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反応自体を理解することや、分離ですが、鉄という固体触媒の上で膜を合成する事はいわゆるケミスト

400℃〜500℃の温度でさらしておリーになりますが、それをいかにデ2022.6

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また、名称が似た学問分野に、ルギーはプロパンとプロピレンの混が開きます。このミクロ細孔の中で膜だと言えます。例えば、海水と触媒反応工学があります。こちら

合物を膜分離装置に送り込むため反応をさせたり、膜に利用したりす

淡水を分けるような膜で有機高分くと反応が起き、アンモニアが合成は実際の化学プラントなどで使えるの送風機の動力程度で、非常にることで、省エネに繋がることが生子膜というものがあります。これはザインして、また化学プロセスに使されます。その 仕 組 みとしては、ように、社会実装を実現するため大きな省エネになります。

まれるのです。

非晶質の材料なので、例えばローうためにはどういう事が必要なのか、窒素分子のＮとＮの結合が切断さの学問のことを言います。

そもそもどういう化学プロセスを作りれ、そのＮが水素のＨと結びつくたいのかという事を考える面は、わけです。このように触媒がない化学工学の領域と重なってきます。と起こり得ない反応を、固体表面ですので、化学工学と応用化学を介在させることによって実現するの境界領域なのかなと思います。

サイエンスが触媒化学です。固

プロピレン、さらにエチレン等はゼオライトで分離する原理は2つル成型のようにして、膜のサイズを基幹の化学製品で、それだけでで、１つは分子の大きさで分離する、伸ばしていくことが出来ます。しかでは、膜分離工学とはどういうも世界の約0.3%前後ものエネルギー

もう１つはミクロ細孔ならではの吸しゼオライトは結晶なので、そうしのなのか、ご教示いただけますか。

を消費していると言われ、大変な着力の違いで分離します。

たことは出来ず、結晶を緻密に隙エネルギー多消費産業なのです。

また、ゼオライトは色々な種類が間なくきちんと積み重ねて膜にする

松方 プロパンとプロピレンの分

これが膜分離によって、ガスを常あり、いくつかのゼオライトは強い事が必要になります。もし隙間が体触媒を用いた反応は、大規模離が分かりやすいので、それを例温で分離出来るようになると、環親水性を示すので、水を選択的あると、それはゼオライトのミクロ細なエネルギーに関わる事、あるいにお話します。石油精製時などに境への負荷は格段に減り、大変に集めてくれて、バイオエタノール孔よりも大きいものになることはほぼは基幹化学原料を作る反応の主は、プロパンとプロピレンが混じっな省資源にもなるのです。

を脱 水する時などには大いに役間違いないので、分離で得ようと流となっています。

たガスが発生します。このうちプロ膜分離の研究を始めた若い頃立っています。実際に燃料用エタする目的の物質が隙間の方に流アンモニア合成について補足す

パンは燃料になり、プロピレンはプは、こうした有用性まで考えていノールの製造では、工業用に大れていき、正しい分離は出来なくな

触媒化学とは、そもそもどのようると、1900年頃、窒素と水素からラスチックなどの原 料になります。

たわけではありませんでしたが、規模に使われるようになってきましります。

な領域なのでしょうか。

本当にアンモニアが出来るのかとですから両者を分けて、化学製

今は「分離技術に膜を使うことで、た。

いう事は、世界の科学界の論争品の原料であるプロピレンを得るた

他の技術では出来ないレベルのゼオライトを膜として利用するにの的でした。その後、いくつかのめに分離精製がされるわけです。

大規模な省エネが出来る」というはフィルム状に成型することが必医薬品の合成などに使われる分ノーベル賞を受賞するような功績を

その方法は、一度冷やして気ことは、世界的なコンセンサスに要で、その成型技術も長年研究

子触媒といったものもあれば、バイ経て、1930年 頃にアンモニア合体を液体にし、その後で再び熱をなっていると言っていいと思います。

してきました。そして出来たゼオライ

ゼオライトの研究はいつ頃始めら

オマスの分野で使われる酵素も触成は確立されたわけですが、90加えて蒸留する手法です。プロパトを使用して機能を検証し、さらにれたのでしょうか。

媒に入るのですが、私達が対象

年〜100年が経っても、新しい触ンとプロピレンの沸点が違う事を利にしている触媒は無機の固体で媒を使った新しいアンモニアの製用して分離するわけですが、これ「固体触媒化学」になります。

造法が研究されていて、今なおホッはエネルギーの面で大変非効率

例えばアンモニアは、窒素と水トな研究分野なのです。100年経っであることにお気 付きでしょうか。

素から合成しますが、両者をただても新しいというのが触媒化学と言なぜかというと、高温だった気体ゼオライトという物質をよくお使い混ぜてもアンモニアは出来ません。

えるのです。

を冷やし、またもう一度熱を加えるだということでした。どのような物ゼオライトで膜を作るには、ミクロいのではないだろうかと考えて、ということを行っているわけです。

質でどう役立つのですか。

細孔のサイズを揃えたりすること1992年頃からゼオライトの研究をが大変なのでしょうか。

始めました。当時、ゼオライトを膜新しい化学反応を見つける
触媒化学は100年経っても新しい学問

松方

触媒には色々なものがあり、ゼオライトの種類と分子サイズとの関係

触媒にも膜にも活用されCO2回収などに役立つ特性を持つゼオライト

さらに、エネルギーのロスだけでなく、当初、ゼオライトの研究は猛烈な批判と苦闘の連続

なぜ検証されたような触媒性能が得られるのか、膜としての分離機

松方 もともと大学４年生の時に能が発現するのかということの研研究テーマにしていました。それ

究を繰り返しているわけです。

を触 媒として使うことを思い出し、もしも膜にすることが出来たら面白設備も大がかりで、高い蒸留塔松方が必要になります。羽田空港近くしたが、私はその大部分にゼオラ松方 そうではありません。ミクロつもなかったのです。分離工学がでは建物の高さ制限があり、蒸留イトを使っています。ゼオライトはケ細孔は結晶の中に開いているもの

研究分野になったのはこの頃から塔を少し低くして２本にしています。

イ素・アルミニウム・酸素・ナトリウですので、きちんと結晶を作ればで、今も取り組んでいる「触媒、膜、この分離を膜で行えるようになれムというような土と同じようなありふ同じ大きさにしかなりません。ゼオゼオライト」という研究内容が固まっば、非常に良いメリットが生まれまれた元素で出来ているもので、非ライトのミクロ細孔は、結晶の隙間てきたわけです。しかし、当初はす。気体を冷やす必要がなく、ガ常に面白い物質なのです。高分に出来るというものではなく結晶学

猛烈な否定、批判と厳しい言葉

スのままでプロパンとプロピレンを分子の状態になると複雑な構造を持的に開いている穴なのです。

ばかり浴びました。

けられるので、ほぼエネルギー消ち、分子を取り込むことが出来るよ

ただし膜の面で見ると、ゼオライそれは、高名な化学工学の先費はゼロに近くなります。必要エネ

うな微小な「ミクロ細孔」というのトを使った分離膜は極めて特殊な生によるもので、ゼオライトで膜をにするといったような学術論文は１

触媒と膜のことを話してきま科学機器 №888

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産学官との連携作ろうという私のような研究の動きの中を、有効に物質が通るわけかっていなくて、それを明らかにしの研究”の仲間として旧知でした。

メンブレンリアクターというものがあり生の研究がどのような形で寄与がある事を知って、詳細な計算まがないというものでした。これも結ようとしていた段階でした。しかし、そんな彼らが専門分野を切り替えます。私は、この研究をしたくて、でして、強烈に否定をしたわけで果としては、きちんと物質の選択やったら出来た ! というのは幸いて、いきなりゼオライト膜の論文を触媒と膜の両方の研究を行ってきしていくのか、例えばCO2の問題す。先ほど話した、ゼオライトを膜制があって分離が出来るという結だったと思います。

出したので、「地球の反対側のオたというところがあります。にする時に出来てはいけない隙間果となりました。の穴をピンホールというのですが、しかし否定の声にはまだ続きがその先生は、ピンホールがこれだあり、今度はゼオライトのような厚け出来る事で分離性能は失われい材料で、工業的な分離膜に使ることになり、ゼオライトで膜は不えるような透過速度が出せるわけ可能だということを示しました。私がない、というものでした。

だけでなく世界中のゼオライトの研究 者が、このような猛 烈な否 定、先生は結果で証明してこられた批判を浴びたのです。

わけですね。

しかしゼオライトで膜を合成したゼオライトの合成技術と膜に応用する着眼点を評価
化学工学会・奨励賞を受賞に関して、教えていただけますか。
松方

ランダで自分と全く同じようなことをでは、今例を出したメンブレンリ

考えて、専門まで変えて研究を始

アクターの中で触媒と膜を一緒にCO2の問題に関して、色々な局面めて、それが友達だった」 事にやっていくかというと、そこはまたで役に立ちそうだということが分大変驚いた思い出があります。

別の話になります。なぜかというとかっています。研究をやり始めた

触媒と膜は、発揮する機能が違う

30年ほど前は分かっていなかった

幸いなことにゼオライトが挑戦なくして得られなかったこと

触媒と膜分離の両方を研究してので、寿命が違うという問題があ働きなのですが、研究しているうちであり、新発見だったわけですね。

いる研究室は、ほとんど例がなるのです。仮に、触媒と膜に同じに明らかになってきた嬉しい特性いということでした。両方の研究ゼオライトを使っていたとしても、機が色々あったわけです。

松方 そういうことになるのでしょう

で生まれるメリットを教えていただ

能が違うために寿 命は違います。

まずCO2の回収です。この方法か。私は最初にゼオライトの合成

けますか。

その両者を組み合わせて実用的は色々あるのですが、１つの方法な物を作り上げることは困難であろがゼオライトのミクロ細孔、あるい結果、出来たのです。つまり否定

松方 そうなりますね。そして私だの研究から始めたのですが、日本は正しくなくて、良い結果が得られけでなく、同じテーマで研究してで合成の研究をしている先生がほ松方

反応と膜の両方を一緒にうというか、良いことにはならないはそれに似たミクロ多孔体材料をました。

いたアメリカやヨーロッパの友人もぼ皆無だった時代でした。当初かすることで得られる例を、改めてアだろうと思うのです。基本的には使って集めることが出来ます。そし皆言われてきました（苦笑）。

ら膜に応用したいということを考えンモニア合成の例でお話しします。

触媒を膜の周りに充填する形で、て回収したCO2を化学原料に転換

今話したようにゼオライトの研究分野は、否定され続けたものを「い猛烈に否定された透過速度でていましたが、合成が出来ないとアンモニアの合成が難しい理由に、触媒は触媒、膜は膜で別に扱うしていき、さらにその生成物を分や、出来ました」と示して見せる

すが、特にバイオエタノールの脱膜にも出来ませんので、そういう順熱力学の制約があるため、どんな形をとっています。

離するステップがあります。そのス繰り返しでした。正直、悪口めい

水膜で言うと、ゼオライト膜は有機序で研究を進めていた中で、“膜に温度を上げても大量に作れない触媒、膜、両方の研究が出来た否定にも負けない強い心という高分子膜よりも１桁から２桁も透過に応用したい”という展望までの事ということがあります。アンモニアにていて知見があって、化学プロセのも、この研究には必要なものだっ流量が大きく、より早い分離が出柄をまとめた論文で「化学工学なることに寄っていけないのです。

スに組み入れていく時に両者の面CO2を再 利 用しようというCCUたと思います（笑）。

来るという、否定の声と真逆の結会奨励賞」をいただきました。こ

そこを今は、高い圧力をかけるこから良い解決法を導きだせるとい（Carbon Capture and果を導き出せました。これは恐らく、の 時、 実 証 出 来ていた事 柄は、とで強引に進めています。しかしうのがメリットだと言えるでしょう。

Utilization）という言葉を耳にしゼオライトの結晶や膜の大きさはゼオライトの強い親水性によるもの

完全にケミストリーの内容でしたの膜を活用すると違うことが起きます。

どのくらいなのでしょうか。

だと思われます。

で、今思うと化学工学会がよく奨本来、熱力学の制約で出来ないそういった苦しさや困難が多々励賞に選んでくれたと思うのです

生成物が膜の働きで寄っていく事

松方 ゼオライトの種類により多少ありましたが、新しい研究がどう評が、当時はそれが励みになりました。

が起きて、一気に生成物の収率違いはありますが、ゼオライトの結価されていくのかは、やはり結果

この頃、世界中には同じ事を考

晶は１㎛から数㎛で、そこにあるミ論という事があります。最初にゼオえる人達がたくさんいるものなのだ

クロ細孔を物質が通らなければい

ライト膜を作ろうとした時に、ピンなぁ…とも感じました。私が1992

けません。

ホールがなく合成が出来る確証が年にゼオライトを膜に応用していこそのゼオライト膜に対して有機あるのかと問い詰められても、取りうという研究を始めると、まさにそ高分子膜は10分の1から100分の組んでいる最中には分かりませんの頃から、次々にゼオライトを膜に1の薄さです。ゼオライト膜の方がでしたし、透過性能について否定するという論文が世界中で発表さ分厚いわけですが、この事につい的な意見を出された時も、理論的れたのです。その１つがオランダても膜が出来るわけがないというにはこれだけ可能だという事が言のデルフト工科大学のグループで否定の声があがりました。有機高えるわけでもありませんでした。

した。彼らは元々アムステルダム分子の膜より断然分厚いゼオライト

当時は、透過のメカニズムが分大学にいて、私は“石炭のガス化CCUには、 松方研究室で取り組む触媒化学、膜分離、 両面が重要にを上げることが出来るのです。
また、反応と膜を組み合わせたテップごとにゼオライトが色々と活躍が出来るのです。

たことがある方もいると思います。
そのことに対する触媒や分離技術に色々とチャレンジしています。言い方を変えると、CO2から燃料を作る時には、触媒の力も分離技

地球環境問題について、松方先術の力も必要だと言えます。

触媒化学と膜分離を活用し環境問題に対応するサイエンスを生み出す事が私の役割です
次号「科学の峰々」
では、引き続き 松方 正彦先生にお話を伺います。