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Harima Quarterly No.136 2018 SUMMER

CO2を資源として活用できる道を切り開く

地球温暖化の原因物質のひとつとされるCO2は、その排出量を抑制することが人類史的課題となっている。
だが、もしCO2を資源として活用できれば、この人類史的課題は解決に向けて大きく前進するのではないだろうか。
斎藤進さんの研究は、その可能性に向けて大きく道を開きつつある。

名古屋大学

油や石炭はもともと生物の死

斎藤 進

骸が堆積してできたものです

大学院理学研究科 野依特別研究室教授

さいとう・すすむ 1969年、岡山市生まれ。
名古屋大学工学部応用化学科卒業。名古屋大学大学院工学研究科博士課程前期課程応用化学および合成化学専攻修了。工学博士。名古屋大学大学院工学研究科助手（山本尚教授）、名古屋大学高等研究院および大学院理学研究科（野依良治教授）助教授を経て、2015年より現職。アインシュタインに憧れ、物理の道に進みたいと考えていたが、「物理は天才しか成就できないから君には向いていない」と人から言われ、「2番目に好き」な化学を選んだ。
「いろいろな学問と手を組んで新しい世界をつくることができる」というのが化学を好きな理由。1994年、米ハーバード大学に訪問研究員として行ったときには「これだったら何とか世界と戦えると感じ、ちょっと自信をつけた」と言う。

が、枯渇資源から再生可能な生物資源へというのが現在の大きな流れです。
――再生可能な生物資源とは、どういうものですか。

人体とか植物を見ると、非常に安定な有機化合物でできています。安定ということはなかなか反応しないということで、だから生物の進化の過程でもン酸をアルコールに変換すれば、多そういう化合物は生き残ってきたわ様な用途に使えるようになります。

けです。人体でも植物でもそういっ変換するためにはこれら高酸化状態た化合物がいろいろな機能を果たし、にあるものを還元しなければなりま枯渇資源から再生可能な生物資源へ精密にコントロールされて成り立っせん。還元するというのは簡単に言ています。炭素の鎖にたくさんの酸うと電子をたくさん入れるというこ素や窒素がついて高酸化状態になっとで、そのための有効な方法のひと――CO2はいまや諸悪の根源のようにている、そういう化合物を化学変換つが水素化です。しかしカルボン酸扱われていますが、先生はこの嫌わしてつくる新しい化合物が、使いやは豊富に存在する半面、非常に安定れ者を資源として活用する方法を研すくて再生可能な生物資源になり得な化合物なので、水素化が困難な化究されているのですか。

ると考えています。

合物のひとつとしても知られています。高温や高圧をかければ変換でき人類の物質文明は、石油や石炭に代表される枯渇資源に大きく依存し――使いやすい再生可能資源とはどうるのですが、それではコストが合いてきました。しかしこれらの資源はいうものですか。

ません。水素化できるカルボン酸の文字どおり、いずれ枯渇してしまい

再生可能資源をよく見ると、代表種類が少ない、望まない反応がたくます。ですから枯渇資源以外のもの的な官能基を常に持っていることがさん起き、目的とするアルコール以を利用しようという研究はたくさん分かります。カルボン酸の誘導体で外の副生成物が多くなってしまうとあり、CO2はその一番大きな候補です。 す。このカルボン酸が天然に豊富にいった問題もありました。

カルボン酸を水素化する触媒を発見

学界、産業界を問わずCO2を資源と存在する再生可能資源として近年、して活用しようという研究は広く行注目されています。カルボン酸はわれています。中には面白いものもCO2からも合成できるので、カルボ出てきていますが、採算性や経済性の面で合わないとされています。石ン酸の活用はCO2の資源利用にも貢献すると期待されています。カルボ――そうした問題を解決することがま7

豊富に存在するカルボン酸からH2を用いて重要物質であるアルコールを生成
燃料

このままでは反応しないのでH-H 結合を切断する必要がある

O
OH+

カルボン酸

H-H

繊維

H H

触媒

OH

H-H
水素分子

H2O

洗剤
農薬ず必要になるわけですね。

トになって調べてみると、過去にこ高酸化状態にあるものを還元するういう試みはほとんどされていないでも、そういう学術的な動機だけには、水素の形で電子を入れていくことが分かりました。より頑丈な固ではなく、化学者というのは単純なことが必要になります。その電子を体触媒で、熱と圧力をガンガンかけもので、安定で反応しないものがあ入れていくことのできる触媒を私たて強引に水素化する方法はありまし

れば反応させてみたいんですよ。純ちは発見しました。これからどんどたが、それよりもよほど壊れやすい

粋な好奇心ですね。ただ、新しいもん応用ができるようなシンプルな触

分子触媒で高温・高圧ではとても無のなら何でもいいというわけではあ媒の構造を見つけたのです。アイン

理、低温・低圧でというのも無理だ

りません。そこはやはり価値のあるシュタインが「アズ・シンプル・アと思われていたのでしょう。

ものにつなげていかなければいけまりました。

せん。価値につながるものとして、ズ・ポッシブル」と言っていますが、社会にインパクトを与える研究をしたい

カルボン酸は重要なターゲットだっン酸を水素化する原理のようなもの――多くの研究者が無理だと思ってい――その研究は現在、どういう段階でを見つけたと言ってもいいでしょう。

たのに、先生は無理だと考えなかっすか。

たのですか。

ルテニウム触媒の活性を上げて、シンプルというのはとても重要なことです。シンプルだからこそ応用の幅が広いからです。私たちはカルボたのです。

それはモチベーションによるもの

1個のルテニウム触媒で1万個のカ

この研究を始めたのが5年くらいだと思います。枯渇資源の代替になルボン酸を変換できるくらいにする前からで、その1年後くらいに見つるもの、あるいは補完的なものをつのが目標とすると、今は1個の触媒けました。最初のうちはいろいろやくりたい。そのためにはカルボン酸で330個くらい変換できるという水ってみてもうまくいきませんでした。 は避けて通れない。これは絶対にや準です。触媒を見つけた当時は33

どんな構造の分子の触媒があればいらなければならないと考えていたん個くらいしか変換できませんでした

いのか、見本になるようなものが全です。社会にインパクトを与える研から、ようやく活性が10倍にまでくなかったので、ウィルキンソン型究をしたいという気持ちは昔から強高くなったわけです。ここからさらのルテニウム錯体に戻って、これをくありました。ものになって社会でに活性を10倍上げるのはかなり難

基盤にいろいろやっていくうちに、実装されるかどうか分からないにししく、ルテニウムの配位子を巧みに高温・高圧下という条件ではありまても、とにかくその種になるものを分子デザインしてルテニウムの電子したが、カルボン酸の水素化ができ大学で見つければ、興味を持つ企業的な性質などを変えたりする必要がるようになったのです。これがヒンも出てくるだろうという気持ちがああります。

――いつ頃、見つけたのですか。

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アルコール

廃棄物は水のみ豊富に存在するが安定で水素化しにくい

医薬品

Harima Quarterly No.136 2018 SUMMER

パラダイムシフトが起きる可能性も――実用化するには1万個くらいまでシフトが起きますよ。

果たせません。研究の成果を社会に還元するのが最終的な目標であるの――カルボン酸は無尽蔵にあるのですか。

なら、学術的にも社会的にもインパ無尽蔵ではないかもしれませんが、クトのある研究のほうがいいのではにしないといけないのですか。

すごくたくさんあるのは間違いありないでしょうか。難しいけれどあまそれくらいが目安になります。

ません。身近なものだとアミノ酸やり意味のない研究と、難しいけれどDHA（ドコサヘキサエン酸）もカ意味のある研究がある。大学の研究――順調に行けば1万個にできるまでルボン酸です。生物の力を人工的に者はそういうことを考えないといけあとどれくらいの時間がかかります

変えていろいろな種類のカルボン酸ないと思います。私は人が行かないか。

を大量に製造することもできます。

ところに行きたがる性格で、今の研（苦笑しながら）それが一番しん

人が運動すると体内で生まれる乳酸、究も始めた頃は異端でした。本流のどいところです。どうでしょうか、それからお酢（酢酸）もそうですね。

研究はたくさんの人がやっているの3年以上はかかると思います。数字

カルボン酸の水素化は、お酢をお酒であまり興味がありません。でも、で書くと簡単そうですが、触媒とい（エタノール）に変えるようなもの

異端は認められたら先端になります。

うのは反応の途中でどんどん死んでです。

そして認められるためには価値がなければいけない。価値のない異端でいくものなんです。定義的には死なないものを触媒というのですが、実――蟻のギ酸もカルボン酸と聞いたこは、見捨てられるだけです。

際にはどんどん死んでいきます。でとがあります。

すから活性を上げるには寿命の長いそうですね。ギ酸を水素化すると――先生は野依特別研究室の教授です。

頑丈な触媒をつくらないといけないメタノールができます。ただ、蟻を野依先生は学生に厳しいことで有名のですが、それに必要な詳しい構造たくさんすりつぶしてメタノールをですが、先生も厳しいのでしょうか。

がまだ分かっていません。死んでいつくるよりは、CO2からつくるほう野依先生からは「甘い」と言われくというか、壊れていくそのメカニがいいと思いますよ。

ズムを調べたところ少し分かったこともあるので、どういう分子設計をます（笑）。でも、人を育てるには、やる気を出させ、自分から動くよう異端も認められたら先端になるに仕向ける以外に方法はないと思い――先ほど、社会にインパクトを与えん。自分がやりたい、やらなきゃとる研究がしたいとおっしゃいました

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けない。それが50年近く生きてきカルボン酸ができ、持て余しているだったら「そんな金にならない研究た私の結論です。

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――これが実用化されると社会にはどます。どれだけ言っても本人にモチベーションがなければ長続きしませ9