No.84

2023.1HEADLINE
01
変革の時代における電気化学
02
GSC話題
CO2削減に向けた機能材料としてのゼオライト
04
研究最前線
低環境負荷な化学プロセス構築を指向した金属酸化物触媒のナノ構造制御
06
JACIトピックス
時代の要請に応えるJACIの活動08
第12回JACI/GSCシンポジウム
開催のお知らせ

変革の時代における電気化学
公益社団法人 電気化学会
会長

高山茂樹

明けましておめでとうございます。
年頭にあたり電気化学会と GSC との関係を紹介させていただきます。
昨年６月に「はやぶさ２」がリュウグウから持ち帰った砂からアミノ酸が確認されたというニュースが話題になりました。地球上ではアミノ酸から様々な進化が進み、今から約 20 億年前に真核生物が発生し、その真核生物がもつミトコンド
リアによって生命は細胞を維持するためのエネルギーを手に入れました。ここで起こっている反応こそが、電子と酸素を利用した電気化学反応であり、生命が手に入れた電池の誕生です。生命科学は電気化学会にとって重要なテーマの一つであります。
そして時代は飛び、20 世紀に入ると日本において水力発電による電気を使ったカーバイドの製造、電解水素を用いたアンモニアの合成が商業化され、電気化学は社会の発展に大きな役割を果たすようになります。
1930 年には、電気化学会の初代会長である加藤与五郎博士と武井武博士によりフェライトが発明され、様々な電子部品の実用化へと繋がりました。
そのような歴史背景のなか、変革の時代と言われる現代において、社会の最大の関心ごとは環境問題であり、そこで重要なサイエンスこそが電気化学です。特に、電気化学会が取り組む、“再生エネルギーにより電気を効率的に創る技術”、“創った電気を貯めて運ぶ有効な蓄電とキャリアの技術”、さらには“得られた電気による新たなマテリアル合成技術”、これらは学術界と産業界が連携し、サステナブル社会の発展に大きな貢献を果たしていくものと確信しております。
電気化学会は今年、90 周年を迎え、産官学連携企画など様々な事業を進めてまいります。
新化学技術推進協会皆様のご参加を心よりお待ち申し上げております。

新化学技術推進協会は、人と環境の健康・安全と、持続可能な社会をめざすGSC推進の考え方にたち、技術革新の原動力となる新しい科学技術発展に貢献することを目的とした、公益社団法人です。

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GSC話題

CO２削減に向けた機能材料としてのゼオライト
三菱ケミカル株式会社

１．はじめに

武脇 隆彦

国際エネルギー機関（IEA）などの報の仕方により、現在では250種類以上の気候変動に関する政府間パネルの第告書では、そのための主要な技術はま構造のゼオライトが知られている。こ

６次評価報告書が提出され、その中でだ完成されておらず、これからのイノれらのゼオライトは、それぞれの構造

二酸化炭素濃度の上昇についての警鐘

ベーションにかかっていると言われてにより、特有の細孔径を持つことになが鳴らされ、その削減が急務であるこいる。温暖化対策には、省エネルギー化る。これにより、ゼオライトの大きなとがより具体的に示された。ウクライをより促進するための技術、高効率低特徴の一つである形状選択性が発現すナにおける戦争でロシアからの天然ガ

コストのCO２回収技術、回収したCO２る。そのほかのゼオライトの特徴としスの輸出が制限され、世界中でエネルを地中に貯蔵する技術（CCS）、回収しては、イオン交換能、親・疎水性、固ギーの重要性が再認識されている。一たCO２を有効利用する、いわゆるCCU体酸性などがあり、それらの特徴を生時的に化石燃料への回帰が起こる可能技術、そのためのCO２フリー水素製造

かして吸着材、触媒など種々の応用が性があるが、長期的には、グリーンエ技術、ポリマーのケミカルリサイクル行われている。

ネルギーへの流れは変わらず、むしろ、技術など多くのイノベーションを必要

欧州を中心に、これを機会に大きく化とする新しい技術が必要である。

石燃料依存の体質を変化させようとい水の処理や、COVID-19のパンデミッ
クにおける呼吸器系治療のための空気

２．カーボンニュートラルに向けたゼう方針が高まる可能性がある。

最近では、ゼオライトは、放射能汚染中からの酸素濃縮材料などに利用されオライトの貢献可能性注目されている。これからのデジタルニュートラル宣言が出され、それに伴ゼオライトはギリシャ語で“沸騰す化社会において、これまでにない機能うグリーンイノベーション戦略が出さる鉱石”を意味し、規則的な細孔を有すを持つ材料が必要とされ、ゼオライトれた（2021年６月改訂）。2021年４月

るアルミノシリケート結晶の総称であも例えばポリマーと複合化させたりすには2030年に46%のCO２削減が気候サる。四面体構造（TO４）としてAlO４四ることにより、新しい物性の発現が期ミットで表明された。このように温暖面体とSiO ４四面体が連結して３次元待され、用途の拡大が行われるのでは化対策は喫緊の課題であるが、一方で構造を形成したものであり、その結合ないかと期待されている。

日本においても2050年カーボン

種々の特性が期待されるゼオライト
は、上述したような、カーボンニュート
CO2 separation materials
CO2adsorbent
membraneCO2separation

Efficient CO2 recoveryCO2circular

DACCS, CCS

CO2emission

Steel industry

CO2 free H2

CO2 free H2 is necessary for CCU.

CO2 resource recovery

Used as fuels
Incineration

membraneBio-gas

catalysts

CO2 + H2→ CH4olefin
fuelChemical recyclingof polymers

Biomass

Bio-fuel(olefin、fuel, etc.）

Membrane reactor, catalysts

Cement industry

バイオメタン

CO2 + H2 → MeOH
membrane reactor

ラルへ向けて重要となってくるC O ２
吸着や分離、CCUのための触媒反応などの分野で貢献できる事がたくさんあ

H2O2

Thermal power generation
Garbage incinerator

Artificial photo synthesis(Water photolysis、H2/O2 separation)
H2O

MeOH to Olefin
catalysts

Fuels and plastics from CO2

図１．CO ２リサイクル社会とゼオライトとの関連

24ると思われる。気候変動という地球の危機において、まさしくゼオライトが地球を救うことの一端を担うことができるかもしれないと考えている。CO２
リサイクル社会にけるゼオライトの利用可能性の概略図を図１に示した。

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GSC話題
多孔質材料であるゼオライトは、すでに多くの産業分野で利用されている重要な無機材料である。一方、2050年のカーボンニュートラルへ向けては、種々のCO ２削減へ向けてのシナリオが提示されているが、いずれのシナリオにおいても、現時点では、まだ実現されていないような技術開発が必要とされている。そのような観点で、ゼオライトはCO ２削減、CO ２リサイクル社会の実現においてのキーマテリアルとなると考えられる。本稿ではそのようなRD例の紹介を行いたい。

３．CO２排出量削減のためのゼオライ物などの高エネルギー物質に変換するは、安全で高効率な水素／酸素分離膜、トRDの紹介技術の開発を実施するものである。図メタノール合成の反応分離用膜、メタC O ２排出量削減においては、図２３に人工光合成プロジェクトの概要をノールからオレフィン合成用のゼオラに示すように、まず省エネプロセスの示した。このプロジェクトは大きく３イト触媒として開発を行っており、引導入や機器の高効率化により、エネルつのプロセスからなる。すなわち、①

き続きG I基金プロジェクトとして研ギーの効率化を行う必要がある。さら太陽光下で光触媒による水の光分解を究開発を進めている。この人工光合成にエネルギーを電化し、その電力を太行い、水素／酸素を製造し、②生成す型の化学プロセスを確立し、化石資源陽光や風力などの再生可能エネルギーる水素／酸素混合ガスから、分離膜等からの脱却や資源問題・環境問題の解としていくことが重要である。それでを用いて、水素を安全に分離し、③合決を目指している。

も排出されるCO２については、種々の成触媒を用いて、このSolar-水素と二参考文献

CO２回収技術を利用して、できるだけ酸化炭素から化学品原料であるエチレ

１）武脇隆彦, ゼオライト, 17, 155（2000）

高効率低コストで回収、利用、貯蔵をン、プロピレン等の低級オレフィンを２）武脇隆彦, ゼオライト, 35, 45（2018）行う必要がある。

製造するプロセスである。ゼオライト

我々は、
例えば、省エネという点においては、太陽熱や排熱などの低温未利用熱を利用した吸着ヒートポンプ用のアルミノフォスフェート（AlPO）型のゼオライト利⽤の可能性

省エネ
⾼効率化

現状のCO2排出量

電化等利⽤エネ変換再⽣可能
エネルギー
等の利⽤

ゼオライト吸着材を開発してきた 1）。
これは、エネルギーをほとんど使わずに、ノンフロンの冷房システムが構築できるものになる。化学産業においては、C O ２排出量の40％が蒸留プロセスである。我々は、蒸留代替を目指したゼオライト分離膜として、高シリカ
CHA型ゼオライト膜を開発した2）。すでに溶媒回収などで実用化されている

それでも排出されるCO2CCUS
DACCS等NETS
CO2ネガティブへ

図２．カーボンニュートラルの方向性のイメージ
太陽光下、①光触媒による⽔の分解で得た⽔素／酸素から②⽔素分離膜等を⽤いて⽔素を安全に分離し、③合成触媒を⽤いて⽔素と⼆酸化炭素から化学品原料である低級オレフィンを製造する
⼈⼯光合成・化学プロセスを確⽴し、化⽯資源からの脱却や資源問題・環境問題の解決を⽬指す。

⼈⼯光合成PJ︓ 250万トンの⽔ と 150万トンのCO2 から 50万トンの化学原料を作るが、CO２分離などのガス分離に向けてもRDを進めている。
カーボンニュートラルに貢献するプロジェクトとして、NEDOの人工光合成化学プロセスプロジェクトを行ってきた。
このプロジェクトは、2012～2021年度（2012～2013年度は経済産業省、2014年度からはNEDOのプロジェクトとして実施）の事業で、太陽光エネル
ギーを用いて、水や二酸化炭素などの6低エネルギー物質を、水素や有機化合

図３．人工光合成PJの概要

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研究最前線

低環境負荷な化学プロセス構築を指向した
金属酸化物触媒のナノ構造制御
東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所 准教授

鎌田 慶吾

温暖化に代表されるように地球環境選択酸化反応は、多様な炭化水素

六方晶ペロブスカイト酸化物ナノ粒子を取り巻く状況は年々悪化しており、原料から有用な化成品を合成する上の合成に成功した。例えば、六方晶持続可能な社会構築を可能にするためで重要かつ基本的な反応の一つであ6H-BaFeO３ – δ が常圧O２のみを酸化剤にも、様々な製品を低エネルギーで作る。グリーンな酸化剤である分子状酸としたアダマンタンを含む種々のアルりC O ２排出量を削減することは急務

素（O ２）を用いた環境調和型な触媒

カン類の酸化反応において効率的かつである。海洋ゴミとして社会問題にも反応系の構築を目的とし、金属酸化物再使用可能な固体触媒として機能するなっているプラスチックの使用量を削構造の原子・分子レベルでの精密制御ことを見いだした１）。鉄酸化物触媒に減しつつも、水素エネルギーの積極的に基づく触媒の設計・合成に関する研よるアダマンタンの酸化反応を検討し利用や石油から天然ガス・バイオマス究を展開した。まず、構成元素に由来たところFe ３+やFe ２+を含む酸化物はなどの多様な炭素資源から環境にやさした結晶構造・酸素欠陥・金属価数不活性であったことから、異常原子価しい化成品合成への原料シフトが切望の制御が可能なペロブスカイト酸化鉄を含むペロブスカイトのみが示す特されている。このような研究背景の物（ABO３）に着目した。Aサイトに異的酸化触媒能であることが明らかと下、著者らは多様な構造をもつ金属酸

イオン半径の小さいアルカリ土類金属なった。本研究が添加剤などを使用す化物の新しいナノ構造制御手法を独自を導入した六方晶ペロブスカイトは、ることなくO ２のみを用いたアダマンに開発し、これら金属酸化物ナノ触媒

Bサイト金属は高原子価を保ちつつ面タンの酸化反応に対して、自然界に多を用いたメタンの直接変換・酸素分子共有複核構造ユニットをもち、酸化酵く存在する鉄酸化物ベースの初めての（O２）を用いた酸化反応・ワンポット

素の活性点に類似する特徴的な構造で固体触媒の報告例である。また、菱面合成反応・バイオマス変換反応・電極ある。我々は、出発原料である金属酢

体晶BaRuO ３ がO ２のみを酸化剤とし触媒反応の開発を行ってきた（図１）。

酸塩と多価カルボン酸（アスパラギン

た種々の芳香族および脂肪族スルフィ

本稿では、O２酸化・バイオマス変換・酸やリンゴ酸）との配位子交換によりドの選択酸化反応に対して再使用可能

メタン変換に関連した触媒開発を中心調製したアモルファス前駆体を低温分な優れた不均一系触媒として機能しに紹介する。

解することで、高表面積をもつ様々なた２）。詳細な反応機構の検討から、基質の酸化反応は固体の酸素原子が関与する機構（Mars–van Krevelen機構）で進行していることが示唆された。この反応性は第一原理計算により算出した酸素欠陥形成エネルギーの序列で説明でき、低い欠陥形成エネルギーをもつBaRuO３ 中の面共有八面体サイトが本酸化反応の活性点であると推測した。
近年、再生可能かつ持続可能なバイオマス資源からの高付加価値化成品の製造が注目されている。糖由来の基幹化合物５-ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）を酸化して得られる２,５-フランジカルボン酸（FDCA）

図１

金属酸化物ナノ粒子の独自合成手法の開発と触媒反応への応用

4はP E T代替ポリマーの出発原料とな

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研究最前線
近年の地球温暖化など環境問題への懸念から、持続可能で低環境負荷な触媒化学プロセス構築への期待は大きい。一方、これら多くの反応は高難度触媒反応であるため、従来の限定的材料や単一成分触媒の最適化・改良のみでは達成困難であると考えられる。本稿では、著者らが開発したナノ構造制御された金属酸化物触媒による特異的触媒作用について紹介する。金属酸化物のもつ多様な構造と機能の関係に着目し、酸素分子（O ２）のみを用いた選択酸化反応やバイオマス資源・メタンなどの炭素資源の変換反応に有効な不均一系触媒を開発した。

りうる。我々は市販の活性化MnO２がFePO４ は、特異的なC–H活性化への寄【参考文献】NaHCO３ 存在下O２のみを酸化剤とし与とC1-酸化生成物（HCHOなど）との１）Chem. Commun. 2018, 54, 6772.

たHMFからFDCAへの酸化反応に対弱い相互作用により、CH４をHCHOに２）ACS Appl. Mater. Interfaces

して優れた貴金属フリー固体触媒系と８）選択的に直接酸化可能であった 。

2018, 10, 23792.
３）J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 890.

して機能することを初めて見いだし以上、合成化学を基盤とした金属酸た。本反応がMars-van Krevelen機構

化物触媒のナノ構造制御と反応開発にで進行するため、構成酸素原子の酸素ついて述べた。今後も新触媒の開発・欠陥形成エネルギーを議論することで高機能化による高難度反応の実現を目

高活性な結晶構造を予測できると考え指し、カーボンニュートラル社会に資た。実際に、β-MnO２のみが低い欠陥する触媒技術の開発に少しでも貢献で６）Chem. Sci. 2017, 8, 3146.

形成エネルギー（3.25 eV）をもつ平面きればと考えている。

７）Chem. Commun. 2019, 55, 4019.

４）ACS Appl. Mater. Interfaces
2020, 12, 36004.
５）J. Am. Chem. Soc. 2022, 144,14090.

８）Catal. Sci. Technol. 2021, 11,型μ ３-O原子からなることがわかり、6987.

優れた酸化触媒として機能すると推測３）された 。従来の合成法ではβ-MnO２の高表面積化は困難であったが、低結晶性層状前駆体の固相転移反応に着目した独自の合成手法の開発によりβ-MnO２の比表面積を従来水熱法の７倍まで向上でき、FDCA収率が飛躍的に向上した４，５）。
天然ガスの主成分であるメタン（CH４）は石油や石炭などの化石資源と比べ利用時のC O ２排出量が少ない
ことから、燃料・化成品合成の資源として注目されている。ナノロッド状に形態制御した単斜晶CePO ４は固体表面上に均質かつ隣接したルイス酸-塩基点をもち、異なる２つの基質を同時に活性化できる二元機能触媒となることを見いだしたが６）、さらに金属に酸化還元能を付与することで高難度なメタンの選択的変換反応も可能となる。電場下においてCePO４のCe３+上でO ２が活性化されメタンの酸化カップリング反応が効率的に進行した ７）。
また、Redox activeなルイス酸性鉄サ
イトと弱塩基性リン酸ユニットをもつ

図２5

金属酸化物ナノ粒子触媒による触媒反応実施例

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JACIトピックス

時代の要請に応えるJACIの活動

2012年４月に公益社団法人として発足してから丸10年を経過したJACIは、最新の社会状況・研究動向に対応し、社会からの要請に応えるべく、工夫と模索を続けてきました。
ここでは、2023年を迎えるに当たり、最近のJACI事業の動向をご紹介いたします。

させる従来の考え方でなく、真正面から全体最適解を追求〈進化する産学の強固な連携〉する取り組みでなければ達成できない、という問題意識があります。

個々の化学企業とアカデミアの間では、様々な提携・連携が行われてきた歴史がありますが、化学業界全体がまと分離技術の議論に一区切りをつけたGSC-IPFでは、すでまってアカデミアと連携することは、十分には行われてきに、未来材料をはじめとする次のテーマに向けての議論がたとは言えませんでした。そこには、化学産業という分野始まっています。

が、あまりにも幅広く複雑な世界であることにも一因がありました。

〈カーボンニュートラル実現への取り組み〉

一方、2000年にアカデミアの任意団体として発足し、2011年からJACI（当初は社団法人、2012年より公益社団法人）

JACIでは、戦略委員会の内部組織として活動している「グリーン・サステイナブプロジェクト部会を中心ルケミストリーネットワーク（GSCN）会議」（日本化学にして、国家プロジェクト会ほか32団体）には、遡る90年代から活発な活動を続けてへの貢献を進めてきましきた「環境触媒フォーラム」の豊かな蓄積もありました。

た。2017年以降だけでも、こうした背景を持つGSCNとJACI正会員企業（82社）のNEDO（国立研究開発法人研究者・技術者が、トータルな視点を共有しながらタッグ新エネルギー・産業技を組んだ活動が「GSCイノベーションプラットフォーム」

術総合開発機構）の先導研究５件、経産省の大型国プロ２（GSC-IPF）であり、「基礎研究から社会実装までを対象と件、GI（グリーンイノベーション）基金１件のテーマが採した産学官連携によるイノベーションのゆりかご」を目指択され、それぞれ指定された産学の法人が委託研究を進めすと宣言しています。ています。

2019年に活動をスタートしたGSC-IPFは、最初の成果とJACIはこれらの事業の直接の委託先にはなりませんが、して『化学技術のフロンティアシリーズ①サーキュラー・あるべきプロジェクトの先行探索から事業の必要性を提言

バイオエコノミーを支える分離技術』を2022年４月に発刊し、採択に至るまで強力にバックアップを行うほか、昨年しました。その視線の先には、2050年カーボンニュートラ11月からは、基金事業のプロジェクトマネージャー１名をル（CN）の達成があります。

NEDOに派遣し、人的支援も行っています。

すなわちそこには、化学産業が消費するエネルギーのこうした委託プロジェクトの内容は、CO２貯蔵技術やハ40％を占める目的物質の分離・精製工程に対し、それらのイブリッドリサイクルなど、CNの実現に向けた革新的技術プロセスを、個別のプロセスそれぞれの最適化を図り合体開発に大きく寄与するものです。
6NEWSLETTER

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JACIトピックス

第８回JACI/GSCシンポジウム（2019年）でにぎわうエキシビションの風景※『 化学技術のフロンティアシリーズ①サーキュ
ラー・バイオエコノミーを支える分離技術』は、「学術研究出版」から販売されています。

〈シンポジウムの一部をリアル開催に〉
本年第12回を迎えるJACI/GSCシンポジウムは、久々に「エキシビション」（ポスター発表）をリアル開催する予定〈多様な角度からのＤＸの推進〉

で準備を進めています。

JACIは、2019年から、化学産業におけるデジタル人材の重厚な基調講演や最新の研究状況を踏まえた招待講演、育成に積極的に取り組んできましたが、本年２月実施のシパネルディスカッションが毎回注目を集める本シンポジウ

リーズからは、従来のプログラミング言語「R」をベースとムですが、総てのコンテンツをオンライン開催するノウハ

した内容から一歩進め、最近広く利用されている「Python」

ウを確立してはいるものの、学生さんたちが直接に産業界による講座を追加して、受講者のご要望に応えていきます。の人たちと対面でディスカッションできるエキシビション

また、化学企業のマテリアル革新力の強化をめざして、は、できればリアル開催してほしいとの強い要望がありました。

データ駆動型研究開発基盤の整備も模索したいと考えていそこで、こうした声に応えるため、本年６月13日-14日ます。
一方、JACIの内部にも、10年間の先端的講演、発表等のに開催するシンポジウムでは、講演はオンラインで、エキコンテンツが豊富に蓄積されており、DXを利用してそれシビションはリアルで、という形で実施いたします。詳細

らのコンテンツを再評価し、新たな事業の展開に結びつけは、今後HPで発表していきますが、新型コロナウイルス感ていきたいと考えています。

染症の拡大がないことを祈ります。
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NEWSLETTER

Japan Association for Chemical Innovation

2023年6月13日(火)～14日(水)シンポジウムに来てね！

第12回 ＪＡＣＩ／ＧＳＣシンポジウム
公益社団法人新化学技術推進協会は、持続可能な発展のためGSCを基盤とした化学技術イノベーションの推進を目的として、JACI/GSCシンポジウムを毎年開催しています。
第12回シンポジウムでは、「シン・化学」―多様な価値観を有する持続可能な社会を実現する化学―を目指すため、化学が取り組むべき技術課題にとどまらず、社会課題とその解決策についても議論をしたいと思います。

◇ 開催方法 １日目

オンライン
２日目 フィジカル（＠一橋講堂）◇ テ ー マ「シン・化学」－新たな価値を実現する化学－◇ プログラム 有識者による講演、GSC賞受賞講演・表彰式、ポスター発表等
ポスター発表申込締切

2023年３月31日（金）ポスター要旨締切

2023年４月14日（金）◇2022年12月23日よりシンポジウムウエブサイトを開設

編集後記

謹んで新年のご挨拶を申し上げます。JACIでは、コロナ禍での皆様との繋がり模索して、様々な活動をオンライン配信する取り組みを進めております。
Youtubeチャンネルでは、産総研見学会の様子や、本号のトピックス記事でも触れた書籍・化学技術のフロンティアシリーズ①「サーキュラー・バイオエコノミーを支える分離技術」の紹介等を継続公開しています。いずれも数分程度のコンパクトな動画になっておりますので、そちらの方もぜひ覗いてみてください。

JACIニュースレター

JACIのGSCネットワークは、次の団体で構成されています。

編集（公社）有機合成化学協会、（国研）
理化学研究所（国研）科学技術振興機構、（一財）
化学研究評価機構、（公社）
化学工学会、（一社）
化学情報協会、関西化学工業協会、発行（公社）高分子学会、（公社）高分子学会高分子同友会、公益社団法人新化学技術推進協会（JACI） （一社）近畿化学協会、合成樹脂工業協会、（公財）相模中央化学研究所、（国研）産業技術総合研究所、（一社）触媒学会、（国研）新エネルギー・産業技術総合開発機構、〒102-0075 東京都千代田区三番町2（独行）製品評価技術基盤機構、石油化学工業協会、（公社）石油学会、（公財）地球環境産業技術研究機構、
三番町KSビル2F（公社）電気化学会、（地独）東京都立産業技術研究センター、（公社）日本化学会、（一社）日本化学工業協会、日本吸着学会、
TEL：03-6272-6880（公社）日本セラミックス協会、（一社）日本塗料工業会、日本バイオマテリアル学会、（一社）日本分析機器工業会、
https://www.jaci.or.jp/（一社）日本膜学会、（一財）バイオインダストリー協会、（国研）物質・材料研究機構、（一社）プラスチック循環利用協会、

JACI

総務部

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