ごあいさつ
日頃より、東北大学大学院環境科学研究科の研究・教育活動に深いご理解と温かいご支援を賜り、心から御礼申し上げます。
2020 年度は、新型コロナウィルスにほんとうに振り回された年でした。日本ではじめて新型コロナ患者が確認されたのが、2020 年 1 月 16 日、それから一年がたち、いまこのあいさつを書いているときには、11 都府県に対して 2 度目の緊急事態宣言が発出されています。コロナ禍のまっただ中で、第 18 号のアクティビティレポートを出すタイミングとなりました。
研究科は、国、県や市の指針、大学の指針などに基づいて感染対策を講じてきました。学生と教職員の健康と安全を守ることを第一に、そして、教育と研究の質を落とさないことに腐心してきたところです。
コロナ禍の先はまだ見通せていません。この先も、不自由な生活が続くことを覚悟せざるを得ません。
当研究科は、従来の環境問題に対して鳥瞰的かつ国際的な視座を有し、先端的環境技術による対策を行える人材（国際的 T 型人材）、また、文理横断型の環境思考を基盤としたソリューションの創出とディレクションの提示を行える人材（国際的凸型人材）の育成をすすめております。まさしく、ポスト
コロナの世界を考える人材を育てていきたいと考えています。
環境科学研究科では設立時からグローバル化を常に標榜しており、2014 年度からは、文部科学省
国費留学生優先配置プログラムに採択され、IELP：International Environmental Leadership
Program を実施して参りましたが、現在はこの第二期目が進行しております（修士 3 名、博士 5 名）。
Professor

このプログラムにより ASEAN 諸国を中心として、毎年コンスタントに留学生を受け入れております。
さらに 2019 年度からは、本研究科が世話役となっている災害科学・安全学国際共同大学院が設立され、学生の受け入れも本格化しております。

Noriyoshi Tsuchiya
東北大学大学院環境科学研究科長
Dean, Graduate School of Environmental Studies,
Tohoku University

研究組織として環境研究推進センターの機能強化を進め、地域連携、産学連携を基礎に「資源」、「エネルギー」問題の研究を推進しております。
感染症の広がりと環境問題は、強く連動しています。人類の存亡にも関わる、まさしくヒューマン
セキュリティ（人間の安全保障）を強く意識していかねばなりません。グローバリゼーションが、文字どおり世界全体を覆い尽くしているこの現状が、ポストコロナでどう変わるのか、どう変えていかねばな
らないのか、人類の英知が試されていると感じています。希望はあります。環境科学研究科には、高度な先進的環境研究を進め、新しい未来社会を創造し、また環境問題を生み出す社会自体を変革した
いという学生諸君がいます。彼らに期待し、また彼らはその期待にきっと応えてくれると信じています｡
今後とも、ご指導、ご鞭撻を賜りますよう、お願い申し上げます。

Prefatory Note
First, on behalf of the Graduate School of Environmental Studies at
Tohoku University, I would like to express our deepest gratitude for yourcontinued understanding and support of our research and education
programs.
The fiscal year 2020 was dominated by COVID-19. It was on January 16,
2020, that the first COVID-19 patient was recorded in Japan. A year later,
at the time of this writing, a second declaration of emergency has been
issued to 11 prefectures. Thus we are publishing this 18th Activity Report
amidst the pandemic.
Our graduate school has implemented measures against the spread of
infection based on guidelines set by the national government, theprefectural government, and Tohoku University. We have made the healthand safety of our students, faculty, and staff members our priority, while
making every effort to maintain the quality of our research and education.
What will follow after the pandemic is still uncertain. We have no choice
but to accept life with restrictions for foreseeable future.
We aim to nurture human resources with a bird’s eye, global perspective
on existing environmental issues and the ability to implement
countermeasures with cutting-edge environmental technologies (global“T-Type” human resources) and human resources capable of creating
solutions based on humanity-science interdisciplinary environmental
thought and freely assuming directorial roles in a variety of positions andcontexts (global “Convex-Type” human resources). In other words, we
aim to nurture human resources who can take a leading role in the postCOVID-19 world.

Since its foundation, the Graduate School of Environmental Studies hasemphasized globalization and has conducted various international
programs. Since fiscal year 2014, the school has consistently been selected
as an International Priority Graduate Program and, with support from the
Ministry of Education, Culture, Sports, and Technology (MEXT), has
implemented the International Environmental Leadership Program(IELP). The program’s second term is currently in progress (with three
students in the master’s program and five in the doctoral program).
Participating in the program enables the school to host international
students every year, focusing on those from ASEAN countries. In
addition, fiscal year 2019 saw the founding of the International Graduate
Program in Resilience and Safety Studies, for which the school willassume a facilitator role, and students have already begun enrolling. As a
research organization, we are strengthening functions of theEnvironmental Research Promotion Center to promote research on issues
related to resources and energy, with an emphasis on collaboration withthe community and industry–academia collaboration.
There is a strong correlation between the spread of infectious disease andenvironmental problems. We need to be keenly aware of human security,
which can be a matter of life or death for human race. How will the global
environment—which currently sees globalization literally covering theentire world—change, or how should it change, in post-COVID-19 world?
I feel human wisdom itself is being tested. We do have hope. In the
Graduate School of Environmental Studies, we are blessed with students
who aspire to research advanced environmental studies and create a newsociety for the future, changing the society that has produced so manyenvironmental issues. I believe we can expect a lot from them, and I am
confident they are capable of living up to our expectations. We greatly
appreciate your further and continued help and your encouragement of
our research and education programs.

先端環境創成学専攻

CONTENTS
ページ

1

ごあいさつ

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

都市環境・環境地理学講座
Prefatory Note

環境科学研究科長

Dean, Graduate School of Environmental Studies

32

Urban Environment and Environmental Geography

環境地理学分野

地理学的視点から多様な人間 - 環境関係を解明する
中谷友樹 教授 / 埴淵知哉 准教授

太陽地球システム・エネルギー学講座
資源利用プロセス学分野 / 資源分離・処理プロセス学分野

先進社会環境学専攻

Department of Environmental Studies for Advanced Society

資源戦略学講座
4

6

8

10

12

14

16

Resources Strategies

地圏環境計測・分析学分野

地圏環境の正確な観察・計測・分析と記録、またそのための装置・技術・方法の開発 平野伸夫 助教
環境複合材料創成科学分野

次世代への持続可能なライフスタイルのための機能性非金属軽元素材料の開発 佐藤義倫 准教授

環境素材設計学分野

環境や生命に調和する材料デザインを求めて松原秀彰 教授 / 上高原理暢 教授
環境修復生態学分野

環境思いの修復技術と資源回収技術の開発

22

24

岡本敦 教授地球開発環境学分野

環境調和型開発システムに関する研究
高橋弘 教授地球開発環境学分野

地殻環境・エネルギー技術の新展開
坂口清敏 准教授

分散エネルギーシステム学分野

サステイナブルなエネルギーシステム実現に向けて
川田達也 教授 / 八代圭司 准教授

Geoenvironmental Remediation

Geo-environmental systems driven by fluid-rock reactions

Studies on environment-friendly development systems
Earth Exploitation Environmental Studies

Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

Energy Resources

環境共生機能学分野

Designing of Nano-Ecomaterials

環境との共生・エネルギーの創製を担うナノ機能素材開発
高橋英志 教授 / 横山俊 准教授

Development of functional nano-ecomaterials for energy and environment
in the environmentally benign systems

国際エネルギー資源学分野

International Energy Resources

エネルギー戦略および新しい低炭素技術の普及に向けた舵取り

土屋範芳 教授 / トレンチャーグレゴリー 准教授 / 窪田ひろみ 特任准教授

Environmental Policies

環境・エネルギー経済学分野

サプライチェーンを通じた資源利用と関連するリスクの可視化
松八重一代 教授

環境物質政策学分野
地圏環境政策学分野
環境材料政策学分野

Governing energy strategies and the diffusion of new low-carbon
technologies

高橋英志 教授 / 鳥羽隆一 教授 / 佐藤義倫 准教授
白鳥寿一 教授 / 齋藤優子 准教授
井上千弘 教授 / 駒井武 教授 / 藤田哲雄倫 准教授

環境調和型新素材の開発と、持続的な資源循環システムの構築を目指してEnvironmental and Energy Economics

Resource logistic approach to visualize supply chain risks behindresource use

Endowed Division ( Dowa Holdings Co., Ltd.)
Control of Environmental Materials
Geosphere Environment
Study of Functional Materials

Towards Establishing Environmentally Materials and
New Material Circulation Systems

Collaborative Divisions

環境リスク評価学分野（産業技術総合研究所）

Environmental Risk Assessment(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)

浅沼宏 教授 / 張銘 教授 / 坂本靖英 准教授

Studies for utilization of safe and secure geothermal energy「安全・安心」な地熱エネルギーの利用を目指して

Process Engineering Research for Advanced Resource Utilizationand Environmental Conservation

地球システム計測学分野

Earth System Monitoring and Instrumentation

水資源と水環境に関する研究

村田功 准教授

水資源システム学分野

Variations of ozone and related trace species in the atmosphere
Urban and Regional Environmental Systems

佐野大輔 准教授 / 李玉友 教授（工学研究科）/ 小森大輔 准教授（工学研究科）

自然共生システム学講座

Researches on Water Resources and Environments

Environmentally Benign Systems

資源再生プロセス学分野

40

資源・物質循環型社会の実現を目指して

42

環境系・生体系物質計測への展開を目指した新しい化学分析
モチーフの開発
壹岐伸彦 教授

44

マイクロ・ナノ電極を利用する環境・医工学バイオセンサデバイス
および材料評価システムの開発

吉岡敏明 教授 / 亀田知人 准教授（工学研究科）

Recycling Chemistry

Aimed on the realization of a resources-material recycling society

環境分析化学分野

Environmental Analytical Chemistry

環境生命機能学分野

Environmental Bioengineering

Development of Chemical Motifs for Environmental and Biomedicinal Analysis

Development of Environmental/Biomedical Sensors and Visualization Systems
for Material Functions with Micro/Nano Electrodes

珠玖仁 教授（工学研究科）/ 伊野浩介 准教授（工学研究科）
井上久美 准教授（山梨大学）/ 熊谷明哉 准教授（材料科学高等研究所、物質・材料研究機構）

資源循環プロセス学講座

Sustainable Recycle Process

環境グリーンプロセス学分野

Environmental Green Process Study46

環境調和型化学プロセスの開発

48

環境に配慮したマルチファンクショナル複合材料の設計・開発・評価

50

循環型社会を目指した材料製造プロセスの研究

Toward the development of sustainable energy system

Sustainable development of resource and energy as well as sustainable
possibility of environment

葛西栄輝 教授 / 村上太一 准教授

38

Distributed Energy System

駒井武 教授 / 渡邉則昭 准教授

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences
Process Engineering for Advanced Resources Utilization/ Resource Processing and Recovery Engineering

大気中のオゾン等微量成分の変動の研究

Earth Exploitation Environmental Studies

Resources and Energy Security/ Socio-Environmental Dynamic Analysis (Environmental Policies)

連携講座
30

Design of materials harmonizing with environment and life

資源・エネルギーの持続的開発と環境の持続の可能性

寄附講座（DOWA ホールディングス）28

Design of Environment-Friendly Materials

Geomaterial and Energy

環境政策学講座
26

Development of High-Functional Non-Metal Light Element Materials
for a Next-Generation Sustainable Life Style

地球物質・エネルギー学分野

エネルギー資源リスク評価学分野 / 環境社会動態学分野（環境政策学講座）

20

Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design

Development of Environmental Friendly Remediation Technologies andResource Recovery Technologies

エネルギー資源学講座
18

Measurement, observation and equipment development forunderstanding of various geosphere information

Understanding Diverse Human-Environment Relationships
from Geographical Perspectives

資源の高度利用・環境保全のためのプロセス研究

36

Geo-environmental Measurement and Analysis

井上千弘 教授 / グラウゼギド 准教授

岩石―流体反応が駆動する地圏環境システム

34

Environmental Geography

Green Process Development

スミスリチャード 教授
複合材料設計学分野
成田史生 教授

複合材料設計学分野

コマロフセルゲイ 教授 / 吉川昇 准教授

環境創成計画学講座

Mechanics and Design of Composite Materials

Design, development and evaluation of multi-functional composite materials
Mechanics and Design of Composite Materials

Environment-friendly Material Processing

Ecomaterial Design and Process Engineering

環境分子化学分野

Environmentally-Benign Molecular Design and Synthesis

52

自然環境に順応する Chemical Engineering Technology の創製
大田昌樹 准教授

Innovative experimental and theoretical technologies on chemical engineering
for creating sustainable society

54

低環境負荷社会に資する新しい触媒材料の表面設計指針

環境材料表面科学分野

Environmental Materials Surface Science

和田山智正 教授 / 轟直人 准教授

寄附講座（フロンティア・ラボ ）56

反応解析機器開発学

世界最先端の熱分解分析機器および分析技術の開発を目指して
吉岡敏明 教授 / 渡辺壱 准教授

連携講座

60

Innovative Analytical Pyrolysis

Towards Development of Innovative Analytical Pyrolysis Technologies

安全・安心な高機能鉄鋼の製造技術を通して、持続可能な社会に貢献

Process Engineering for Environmentally Adapted Materials(Nippon Steel Corporation)

森口晃治 教授 / 松村勝 教授 / 大村朋彦 教授

Development of manufacturing technology for safe andsecure high performance steels contributing to sustainable society

地球環境変動学分野（国立環境研究所）

Global Environment (National Institute for Environmental Studies)

グローバルな大気環境や炭素循環の変化を捉える
中島英彰 教授 / 町田敏暢 教授

環境研究推進センター
62

Endowed division ( Frontier Laboratories Ltd. )Collaborative Divisions

環境適合材料創製学分野（日本製鉄株式会社）

58

Atomic-level design of novel catalyst materials for eco-friendly society

環境研究推進センターの取組み

64 業績レポート

Observation of Global Atmospheric Environment andCarbon Cycle Changes

Environmental Research Promotion Center (ERPC)
大庭雅寛 特任准教授

78 博士・修士論文題目一覧（ 令和 2 年 3 月・9 月修了）

Activities of Environmental Research Promotion Center
84 進路状況トピックス

86 TOPICS

91 索引

92 環境科学研究科事務室職員

資源戦略学講座

Resources Strategies

地圏環境計測・分析学分野 Geo-environmental Measurement and Analysis

Measurement, observation and equipment development forunderstanding of various geosphere information

先進社会環境学専攻

地圏環境の正確な観察・計測・分析と記録、
またそのための装置・技術・方法の開発

助教 平野 伸夫
Assistant Professor

Nobuo Hirano- 岩石相互作用、地球内部の水熱条件下での岩石状態の把握、石英や長石など鉱物の自然および人工熱発光（NTL、ATL）計測､ 酸性温泉排水と金属アルミニウムを用いた水素の発生技術等である。
主に地熱および温泉資源の開発と有効活用を目的としたものであり、これらの研究成果を最終的には社会に還元したいと考えている。また、オートクレーブ等を用いる実験や測定方法などについて、可能性の検討やアイデアなどの提供もおこなうことが可能である。
The objective of the laboratory studies is to focus on measurements and observations to understand different geosphere information, for which we aredeveloping apparatuses. Our main targets are water–rock interaction, the destruction of rocks under hydrothermal conditions at Earth’s interior, natural andartificial thermoluminescence (NTL, ATL) of minerals such as quartz and feldspar, and hydrogen production from the reaction of strong acid hot springdrainage and aluminum metals.
Our main focus is the development and utilization of geothermal resources, and we will use these research results for social purposes.
In addition, we will demonstrate the possibilities of and provide ideas for high-temperature/pressure experiments and measurement methods using autoclaves.

玉川温泉酸性排水を用いた水素発生
これまでの実験から、金属アルミニウムを 50-60℃程度の pH1-2の強酸性溶液や pH13-14 の強アルカリ溶液をと反応させた場合、水素を発生させる事が可能であることが判明している。これは、従来の水熱反応による水素生成の方法よりも非常に低い温度であり工業的な利用が期待できる。昨年度も秋田県仙北市の玉川温泉において実施してきた発強酸性温水と廃アルミニウム屑を利用した水素生成実験を今
年度も引き続きおこなった。今年度は、昨年度までの実験で得られた知見を基に、実用装置の原型となる大型の反応装置を製作し実験をおこなった（Fig.3）。この装置は、昨年度までは実現できていなかった
反応容器内への連続的なアルミニウム投入、反応容器内部の溶液圧力制御、発生した水素の貯留容器への移送が手動ではあるが可能で流体相変化に伴う岩石鉱物の破壊現象
これまでの研究で、岩石類を 400℃から 500℃超の超臨界状態水中に設置し、急減圧をおこなうと内部流体の沸騰と断熱膨張に伴う温度低下によって、岩石に顕著なき裂を生じさせることが可能であることを報告してきている。この現象は地殻深部や火山近傍における岩石き
裂発生原因の解明や鉱物脈生成の原因を考える上で重要となる。これまでの室内実験および数値シミュレーション結果から、外部からの熱応力によるき裂発生のためには岩石内部にある程度の石英を含有する必要がある事がほぼ確実であることを確認した。また、現在ではこれまでに使用してきた実験装置を使用して、高温熱水環境下での弾性波
速度のその場測定方法についての研究をおこなっている（Fig.1）

鉱物の熱発光を用いた地熱兆候探査
岩石を構成する鉱物，
特に石英および長石では鉱物熱発光（Thermo
luminescence, TL）と呼ばれる現象が観察される。これは鉱物内に蓄えられた自然放射線を起源とするエネルギーが，鉱物が加熱されることにより解放され、エネルギー蓄積量が発光強度として観察される現象である。したがって、一度加熱された鉱物は発光しなくなるということを意味しているため、同時代に結晶化した鉱物は地熱環境にあった鉱物は地熱環境になかった鉱物よりも観察される発光量が少なくなる。これを利用すれば、大規模な物理探査前の地表踏査などで得られた岩石試料から、地熱資源有望地のスクリーニングがある程度可能である。これらのデータを得るための専用測定装置の開発を昨年度おこなったが、今年度は現場で使用可能な可搬型の小型測定装置の開発をおこなった（Fig.2）。また，
これまでは石英 TL を中心に研究をおこなってきたが、石英よりも多くの地熱地域で TL 測定に応用できる長石 TLについてもデータが集積しつつある。

Fracturing of rocks by fluid phase change

ある。さらに、これらの動作に問題のないことを確認したため、装置

Previous studies have found that when rocks are placed in supercriticalwater above 400°C to 500°C and then rapidly decompressed, the boiling of
the internal fluid and the temperature decrease associated with adiabatic
expansion can cause significant cracks in the rock.
This phenomenon is predicted to explain rock cracking in the deep crust andto be applied to new excavation methods for geothermal development. The
results of laboratory experiments and numerical simulations confirmed that
it is almost certain that a minimum amount of quartz must be contained
inside the rock to generate cracks due to external thermal stress.
In addition, we are currently conducting research on in situ measurement
methods of elastic wave (P-wave) velocities in high-temperature/pressurehydrothermal environments using the experimental equipment (Fig.1).

となっていた有毒ガスであるアルシンの発生についても、触媒を用い制御の自動化についても目処が立った。また、前年までの実験で問題る事で除去できることが確認できた。

Coexistence Activity Report 2020

Hydrogen is generated when a strongly acidic solution at pH 1–2 or astrongly alkaline solution at pH 13–14 and metallic aluminum react at
about 50–60°C. This is a much lower temperature than is used in theconventional hydrogen production method by hydrothermal reaction, andindustrial applications can be expected. Last year’s hydrogen-generation
experiment using strongly acidic hot spring water and waste aluminumchips that Tamagawa Onsen in Senboku City, Akita Prefecture, carried out
was continued this year. This year, based on the knowledge obtained in theexperiments up to last year, we manufactured a large-scale hydrogen
reactor that will be the prototype of the practical equipment and conducted
the experiment (Fig.3). Although it requires manual operation, thisequipment can feed aluminum chips into the reaction vessel, control thesolution pressure inside the reaction vessel, and transfer the generatedhydrogen to the storage vessel. These basic operations were not possible
with last year’s equipment. Furthermore, since it was confirmed that there
was no problem with these basic manual operations, the prospect ofautomating the control was also clear. It was also confirmed that thegeneration of toxic arsine gas, which had been a problem in the experiments
up to the last year, could be removed by using a catalyst.

Preliminary geothermal exploration
using thermoluminescence
A phenomenon called thermoluminescence (TL) has been observed inminerals constituting rock, especially quartz and feldspar, whereby
energy originating from natural radiation stored in minerals is released
when the minerals are heated and then energy accumulation is observed
as emission light intensity.
This means the minerals do not emit light after being heated.
Therefore, minerals have less luminescence in geothermal areas than dothose in non-geothermal areas crystallized during the same era. Thisphenomenon makes it possible to screen for promising geothermal areasusing rock samples obtained by surface exploration before large-scale
geophysical exploration. Last year, our laboratory and Toei ScientificIndustrial Co., Ltd. developed dedicated measuring equipment to obtain
TL data. This year, we developed portable measuring equipment that canbe used in fieldwork (Fig.2). In addition, our laboratory has focused onquartz TL, but data on feldspar TL, which can be applied to TL
measurement in more geothermal fields, are being accumulated.

Fig.1 Changes of P-wave velocity of water at various pressure.

Fig.2 Developed small type TL measuring equipment.

4

Hydrogen generation from aluminum withacid hot spring water at low temperature

Department of Environmental Studies for Advanced Society

本研究室では、地圏の様々な情報の理解に焦点を当てており、そのために必要な手法や装置の開発をおこなっている。主なターゲットは、熱水

Fig.3 Large type demonstration test equipment for hydrogen generation.

Coexistence Activity Report 2020

5

資源戦略学講座

Resources Strategies

環境複合材料創成科学分野 Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design

Development of High-Functional Non-Metal Light Element Materials
for a Next-Generation Sustainable Life Style

准教授 佐藤 義倫
Associate Professor

Yoshinori Sato

Fig.S1 Lab members (2020).

Fig.S2 B4 graduation photo (March 2020).
Yuichi Ito (left) and Yota Sakamoto (right).

Fig.S3 New crews. Ryutaro Nakata (left) and
Hiromu Morita (right).

1 つである。本研究室では、表面・界面設計に基づいて、ナノ物質の特性をバルクまで持ち合わせた集合体・複合材料・有機 / 無機ハイブリット
材料の設計・合成・評価を行い、「持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals: SDGs）」にも関わる次世代のクリーンエネルギー分野に必要不可欠な軽量かつ高機能なエネルギー材料（特に非金属軽元素材料）の創成に挑戦している。研究を遂行するにあたり、軽元素のホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、硫黄、リンを用いた高機能な表界面を持つ非金属軽元素材料の開発を行っている（Fig.1）。
Our laboratory is in the research area of advanced nanomaterials with clean energy (alternative energy and hydrogen energy). Fabricating, assembling, andcompositing organic/inorganic materials with high-performance functions, which are created from a combination of each material’s properties, is one of
the most fascinating and necessary research areas. In our laboratory, we design, synthesize, and characterize the assembly, composites, and organic/
inorganic materials based on surface/interface design to expand nanomaterials’ properties to those of bulky materials (Fig. 1). In particular, we havechallenged ourselves to create and develop high functional non-metal light element materials (carbon-based materials including boron, nitrogen, oxygen,fluorine, sulfur, and phosphorus) with high-performance surfaces and interfaces, which are necessary for the field of next-generation clean energy to meet
the Sustainable Development Goals (SDGs).

白金族フリー酸素還元反応触媒の設計と創製
新しいエネルギーシステムとして、様々な方法で生成でき貯蔵・輸送が可能な水素エネルギーが考えられている。その水素エネルギーの利用で使用されるデバイスとして期待されている固体高分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell: PEFC）は、様々な課題のため広い普及には至っていない。その課題の 1 つが酸素還元反応（oxygen
reduction reaction: ORR）触媒として使用されている白金触媒である。白金は埋蔵量が少なく、寿命が短い。そこで、白金を使用しない炭素ナノ材料触媒が埋蔵量や耐久性の点で注目されている。特に窒素ドープ炭素ナノ材料は高い触媒活性を示す。しかし、そのメカニズ
ムは解明されておらず、高活性な ORR 触媒に求められる条件を満た

フッ素化－脱フッ素化を経由した炭素材料への異種軽元素や欠陥の制御ドーピング
sp2 混成軌道の共有結合を持つ炭素材料のベーサル面（網面）は化学的に安定であるが、軽元素（ホウ素、窒素、酸素、フッ素、硫黄、
リン）や空孔欠陥がベーサル面にドープすると、炭素材料の物性が大きく変化する。本研究室では、フッ素化－脱フッ素化による炭素材料や炭化物材料の表面改質を行っている。例えば、フッ素化炭素材料をア

ンモニアガス中で熱処理（300 – 600 °C）することによって、窒素がドーピングした炭素材料を合成できる（Fig.2）。窒素ドーピングは以下のようなメカニズムを考えている：フッ素化炭素材料が熱処理されると同時に、フッ素基が骨格炭素を伴いながら、フッ化炭素として脱離する。
アンモニアが反応して窒素原子が空孔欠陥に生じた活性な炭素原子と反応し、窒素が炭素骨格にドープされる。本研究は、フッ素化－脱フッ素化を精密制御することで、炭素材料の表面と物性をコントロールすることを目指している。

Fig.1 Our research topics.

6

Coexistence Activity Report 2020

Control doping of non-metal light elements anddefects for carbon nanomaterials via fluorinationdefluorination process
The basal plane of carbon materials with sp2-hybridized covalent bonds ischemically stable. However, when vacancy defects and non-metal lightelements, such as boron, nitrogen, fluorine, sulfur, and phosphor, areintroduced in the basal plane, their chemical and physical properties
change drastically. In our study, by reacting fluorinated carbon
nanomaterials with ammonia gas at 300–600 °C, we succeeded insynthesizing nitrogen-doped carbon nanomaterials (Fig.2). The nitrogendoping mechanism is as follows: when fluorinated carbon nanomaterials
are heated, fluorine groups are detached from the carbon structure alongwith the carbon atoms to produce carbon fluorides. Moreover, vacancy
defects are formed by this process. Because the edges of the resulting
vacancy defects are energetically active, the active carbon atoms at theedges react with ammonia and nitrogen atoms are introduced into thecarbon frame. We attempt to control the surficial, chemical, and physicalproperties of carbon nanomaterials by controlling the fluorination–
defluorination process.

Fig.2 Illustration of nitrogen doping to single-walled carbon
nanotubes via fluorination-defluorination process.

す触媒を未だに作製できていない。本研究では、窒素ドープ炭素材料の ORR 触媒活性メカニズムの解明のために、フッ素化―脱フッ素化を経由することにより、様々な窒素種を選択的に炭素材料へドーピン

Design and fabrication for platinum-freeoxygen reduction reaction catalysts
Hydrogen energy is a candidate for a new alternative energy systembecause hydrogen molecules can be generated from various resources,
stored, and transported. Although hydrogen-energy-harnessing polymer
electrolyte fuel cells (PEFCs) have been anticipated, they have not yet been
widely used. Platinum, which is used as an oxygen reduction reaction(ORR) catalyst, is an expensive and non-abundant resource, and it has poor
durability for ORR activity. Therefore, metal-free carbon nanomaterials
have been developed as alternative platinum catalysts. Nitrogen-dopedcarbon nanomaterials have been reported to exhibit especially high ORR
catalytic activity. However, the ORR mechanism has not been clarified. To
achieve highly efficient ORR activity, doping nitrogen species should be
precisely controlled in the carbon framework. In this study, we try to dope
nitrogen atoms to carbon nanomaterials selectively via a fluorination–
defluorination process to clarify the mechanism of ORR catalytic activity
for nitrogen-doped carbon materials (Fig. 3).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

ナノ物質の機能を最大限に活かした高次機能性を持つ集合体・複合材料・有機 / 無機ハイブリット材料を創成することは、最も魅力的な研究の先進社会環境学専攻

次世代への持続可能なライフスタイルのための機能性非金属軽元素材料の開発

グすることを行っている（Fig.3）。

学術会議

Academic conference・小久保 美乃里、第 43 回フッ素化学討論会（ポスター発表 オンライン）

・Minori Kokubo, The 43rd Fluorine Conference of Japan (Poster online)

研究費

Grants・JSPS 科学研究費補助金 18H04145 ( 基盤研究 (A) / 代表 )・JSPS 科学研究費補助金 19 K21911 ( 挑戦的研究 ( 萌芽 )/ 代表 )・共同研究費 ( ステラケミファ株式会社 / 代表 )・JSPS KAKENHI 18H04145 (Scientific Research (A)/PI)・JSPS KAKENHI 19K21911 (Challenging Research (Exploratory)/PI)
・Collaboration grant (Stella Chemifa Corporation/PI)

共同研究

Collaborations

・ステラケミファ株式会社（研究部）

・Stella Chemifa Corporation (Research Division)

Fig.3 Tuning factors for efficient ORR catalytic
activity of nitrogen-doped carbon materials.

Fig.4 Drinking party.

Fig.5 Pizza party.

Coexistence Activity Report 2020

7

資源戦略学講座

Resources Strategies

環境素材設計学分野

Design of Environment-Friendly Materials

Design of materials harmonizing with environment and life

教授 松原 秀彰

教授 上高原 理暢

Professor

Professor

Hideaki Matsubaraある。本分野では、材料と自然・生命現象の相互作用についての基礎学術に立脚し、環境科学の観点から、生命や環境と調和し、さらには積極的に生命や自然に働きかけて新しい調和を生み出す材料のデザインの探求を行っている。具体的には、省エネルギーのための材料、生体を修復するための材料、環境を浄化するための材料の開発、コンピューターシミュレーションの研究を行っている。
Nowadays, we are using many materials to live our daily life. From the viewpoint of environmental science, materials design is required in order to build
a sustainable society. In this laboratory, based on the fundamental science of the relationship between materials and phenomena of nature and life, thedesign of materials that produce harmony with the environment and life is studied from the viewpoint of environmental science. We are developing
materials for energy saving, biomaterials to repair our bodies, and materials to clean the environment and are studying computer simulations.

省エネのための断熱・蓄熱システムの開発
エネルギー消費を抑え、化石燃料に依存しない暮らしへ移行するた
めには、自然・未利用熱 ( 地中熱、太陽熱、雪氷、工場排熱等 ) の利用が重要となる。種々の熱源と蓄熱槽を組み合わせることにより、最小限のエネルギー消費で自然・未利用熱を有効利用するためのシステ
ム構築が可能となる。特に夏の温熱を冬に、冬の冷熱を夏に利用した
い場合には、これらの熱を長期間に蓄えておく断熱性能がそのまま利用可能熱量に直結する。本研究室では、季節間の熱利用を行うことを想定し、高性能の新規断熱材料を開発し、断熱（熱保存）性能を評価するとともに、熱を蓄えつつ一定温度で放出可能な槽と複数の熱源を組み合わせた回路によって熱利用システムの効率等を評価している。

材料プロセスと組織形成のシミュレーション
モンテカルロ法、有限要素法、分子動力学法などを用いて、セラミッ
クスや複合材料の組織形成のシミュレーションの研究を行っている。
複数の固相、液相、気孔を含む材料の組織変化を、温度と時間との関係で追うことのできるシミュレーションを開発した。最近、粉末成形と焼結を連続させたプロセスのシミュレーションを研究している。

Masanobu Kamitakahara

セラミックスコーティングや焼結複合材料の特性・性能のシミュレーション
本研究では、セラミックスコーティングの組織形成、組織変化、損傷・剥離のシミュレーションを、モンテカルロ法と有限要素法を用いて行っている。最近では、焼結複合材料の強度や破壊に関してのシミュレー
ション研究を進めている。

生体に調和する材料の創製
代謝に組み込まれて生体機能に働きかける骨修復材料の創製を行っ

Preparation of materials that harmonize
with life

医療の実現に貢献できると考えている。

受賞や学会等での活動

Awards and Activities in academic societies＜受賞＞< Awards>ている。これまでに、生体内で吸収され骨の代謝に組み込まれるリン

In order to reduce energy consumption and shift to a life independent fromfossil fuels, it is important to use natural and unutilized heat. By combining
heat sources and storage, it is possible to construct a system to utilize
natural and unutilized heat effectively with minimum energy consumption.
In this laboratory, assuming that heat is used across seasons (summer andwinter), we developed a new high-performance insulation material andevaluated its insulation performance. The heat utilization efficiency of theheat utilization system was evaluated by using a circuit combining heatstorage and several heat sources.

ン酸カルシウム骨セメントに組み込むことにより、細胞や骨組織の進We are studying the simulation of material processing and microstructuredevelopment of ceramics and composites using the Monte Carlo method, thefinite element method, the molecular dynamics method, etc. We havedeveloped a simulation that can calculate the change in a material’s structure,including several solid phases, liquid phases, and pores, from the perspectiveof the relationship between temperature and time. Recently, simulation ofprocess powder compaction followed by sintering has been studied.

This study aims at developing a simulation technique for microstructureformation and change, as well as delamination/fracture in ceramic coatings
by using the Monte Carlo and Finite element methods. Recently, we havestudied the simulation for strength and fracture of sintered composite(cermet) by using the finite element and discrete element methods.

We have designed bone-repairing materials that can be incorporated intobone metabolism and activate biological functions. We have successfully
prepared spherical porous calcium phosphate granules that are resorbed invivo and are incorporated into bone metabolism. We are preparing thecalcium phosphate bone cement with macropores and micropores. Cells
and bone tissues enter the macropores, and body fluids and proteins enter
the micropores. The development of these materials will contribute not
only to the treatment of patients, but also to the realization of medicine
with a low environmental impact.

Development of a thermal insulation/storage system for energy conservation

Simulation of material processing andmicrostructure development

Simulation for property and performance of
ceramics coating and sintered composite

酸カルシウム球状多孔体の作製に成功している。この球状多孔体をリ入可能なマクロ気孔と体液やタンパク質の進入可能なミクロ気孔の両方を有する新規な多孔質リン酸カルシウム骨セメントの開発を進めている。これらの材料の開発は、患者の治療だけでなく、環境低負荷(1) 松原秀彰：粉体および粉末冶金論文賞（2020 年 6 月）
「分子動力学法による
アルミナ－ガラス系における界面エネルギーと拡散の解析」(2) 加藤大夢（M1）：粉体粉末冶金協会 2020 年度秋季大会 優秀講演発表賞＜学会等での活動＞
松原秀彰：粉体粉末冶金協会理事、同協会硬質材料分科会主査、粉体および粉末冶金編集委員長、日本セラミックス協会エンジニアリングセラミックス部会
委員、無機マテリアル学会北部支部長、賢材研究会幹事等
上高原理暢：Associate Editor of Journal of the Ceramic Society ofJapan、日本バイオマテリアル学会評議員、日本セラミックス協会生体関連材料部会幹事等

Department of Environmental Studies for Advanced Society

現在、我々は様々な材料を利用して生活を営んでいる。持続可能な社会を構築するためには、環境科学の観点からの材料のデザインが必要で先進社会環境学専攻

環境や生命に調和する材料デザインを求めて(1) Hideaki Matsubara: Japan Society of Powder and Powder Metallurgy
Distinguished Paper Award, “Analysis of Interfacial Energy and Diffusion
for Alumina-Glass System by Molecular Dynamics”, June 2020.
(2) Hiromu Kato (M1): Best Presentation Award, Autumn meeting ofJapan Society of Powder and Powder Metallurgy 2020

<Activities in academic societies>

Hideaki Matsubara: Director of Japan Society of Powder and Powder
Metallurgy, Chairperson of Technical Division of Hard Materials Committeeof Japan Society of Powder and Powder Metallurgy, Chief Editor of the
Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy, Committee
Member of the Engineering Ceramics Division of the Ceramic Society ofJapan, etc.
Masanobu Kamitakahara: Associate Editor of the Journal of the CeramicSociety of Japan, Committee Member of the Japanese Society for
Biomaterials, etc.

Fig.1 Study on the heat system using porous silica for thermal insulation and erythritol
for thermal storage. (a) vessel, (b) model, where heat storage material (A), thermal
insulation in the vacuum space (B), thermal insulation board (C), foamed styrene (D), (c)simulation of 0h, (d) 10h, (e) 20h, (f) experiment and simulation for wall temperature
while phase changing.

8

Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 FEM simulation of powder compaction (a, b) andsintering of b (c, d).

Fig.3 Study on FEM simulation of thermal stress in WC-Co cemented
carbide. (a) model, (b) tensile stress, (c) direction of principal stress.

Fig.4 Calcium phosphate cement with macropores and micropores. (a) appearance,(b) model, (c) porous spherical calcium phosphate granules in cement, (d)microstructure of spherical calcium phosphate granules.
Coexistence Activity Report 2020

9

資源戦略学講座

博士研究員

Resources Strategies

環境修復生態学分野

Geoenvironmental Remediation

Development of Environmental Friendly Remediation Technologies
and Resource Recovery Technologies

教授 井上 千弘

准教授 グラウゼ ギド

助教 簡 梅芳Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Chihiro Inoue

Guido Grause

技術補佐員

山本 麻理

事務補佐員

工藤 悦子

先進社会環境学専攻

環境思いの修復技術と資源回収技術の開発

黄田 毅

Group Photo

Mei-Fang Chien

これらの問題を解決する有効な手法やその適用にはまだ多くの課題が残されている。我々の研究室は上記の問題を低コスト・低環境負荷の環境修復技術や資源回収技術により解決することを目指し、これらの技術開発に関する研究を行っている。以下 2020 年の主な研究活動を紹介する：（1）植物・微生物を用いた有害重金属化合物による土壌・水環境汚染の修復に関する研究、（2）生物機能を利用した環境技術の開発に関する研究、（3）土壌環境中のマイクロプラスチックの実態およびその分解プロセスに関する研究の分解がより効率的に進行することがわかった。また、1, 4 - ジオキ
サンに分解能を示す集積培養系から新規分解菌の Dokdonella sp. とBradyrhizobium sp. の単離に成功した。その他、微生物によるレアメタル回収技術の開発を目指し、固定したモリブデン吸着酵母を用い

The contamination of soil and groundwater by heavy metals and persistent organic pollutants, such as petroleum hydrocarbons, has been a serious
environmental issue of global concern. Moreover, demand for underground mineral resources is growing. However, effective pollution removal andresource recovery methods with low environmental burdens have not been successfully developed and thus remain a challenge. Our target is to develop
remediation and resource recovery technologies that reduce costs, energy demands, and environmental loads. Here, we introduce our major scientificactivities in 2020: (1) phyto- and bioremediation of heavy metals from polluted soil and water, (2) development of biotechnologies by utilizing biofunctions, and (3) investigation of the distribution and degrading process of microplastic in the soil.

た効率的なモリブデン回収を技術的に確認できた。また、油層担持高
分子多孔質薄膜を平面・曲面基板上に作製し、微生物に対する抗生物
付着特性を確認した (Fig.3)。

ヒ素（As）やカドミウム（Cd）による土壌・水環境汚染の修復について、それぞれの高蓄積植物（As：モエジマシダ、Cd：ハクサンハタザオ）を用いた基礎研究及び実証試験を継続し、今年は（1）宮城県内三つの圃場にて栽培試験を行い、微生物や他の植物との共同栽培効果を検証した（Fig.1）。
（2）モエジマシダは根においてリンのトランスポー
ター PvPht1;3 よりヒ酸を吸収、ヒ酸還元酵素 PvACR2 より還元したのち、地上部に輸送することを RNA レベルにて確認した（Fig.2）（3）短寿命放射性同位体を用いた PETIS 測定によりモエジマシダとハクサンハタザオの体内における対象金属輸送過程の追跡を、本学サイクロトロンラジオアイソトープセンター、量子科学技術研究開発機構、
高崎量子応用研究所との共同研究として継続している。

生物機能を利用した環境技術の開発に関する研究
石油系炭化水素化合物を分解する集積培養系の構築に成功し、うちAchromobacter sp. と Ochrobactrum sp. が 主とする 集 積 培 養は、培養系に分泌される生物的界面活性物質により、炭化水素化合物

Fig.1 Photo of a field trial for Pteris vittata andArabidopsis helleri ssp. gemmifera in Miyagi
prefecture.

10 Coexistence Activity Report 2020

Phyto- and bioremediation of heavy metals
from polluted soil and water
Regarding the phytoremediation of arsenic (As) and cadmium (Cd) fromcontaminated soil or water, we continued to apply the hyperaccumulators
Pteris vittata (As) and Arabidopsis halleri ssp. gemmifera (Cd) to demonstrate
their hyperaccumulation mechanisms through basic research and to apply
them in field trials in Japan and Vietnam using soil and hydroponic
cultivations. In 2020, first, we continued the field trails in three fields in
Miyagi prefecture (Fig.1). Second, we confirmed the sensitive AsV absorption
by a P transporter PvPht1;3, constitutive AsV reduction by PvACR2 andsubsequent AsIII transportation in root of P. vittata in RNA level (Fig.2).
Third, we continued applying the PETIS method using short-living
radioisotopes to investigate and visualize the transportation of As in P. vittata
and Cd in A. halleri ssp. gemmifera.

する 微 生 物 を調 べ、 土 壌 中 存 在 割 合 の 低い Pseudomonas 属とれらの菌はプラスチックに付着性を示したことを確認した (Fig.4)。

International exchange and other activities

応により生体物質を除去し、エルトリエーションと遠心機を用いた分離、さらに蛍光染色によりプラスチックの分離法を確立し、精度を上げた。また、畑から回 収した農 業 用プラスチック資材に存 在Janthinobacterium 属がプラスチック表面の優占種であり、またこ

国際交流、学会発表、その他活動
グラウゼ 准教授がインドネシアのブラウィジャヤ大学の「3 in 1」
プログラムに客員教授として勤めた。また、第 4 回国際グリーン農業・バイオ経済 会議（ICGAB 2020）にて土壌中のマイクロプラス
チックについて基調講演を行った。簡助教は「微生物・植物による環境汚染浄化機構の解明とその応用に関する研究」を題目として環境

Development of biotechnologies
by utilizing bio-functions

バイオテクノロジー学会奨励賞を受賞した。グラウゼ准教授は The

Petroleum hydrocarbon compound-degrading consortia were established,in which the biosurfactant produced from the consortium contained mainly
Achromobacter sp. and Ochrobactrum sp. supported efficient degradation.
We also successfully isolated two novel 1,4-dioxane degrading bacteria,

を行い、Best Oral Presentation を受賞した（Fig.5）。第二回環境Fig.2 Hypothesis of As absorption, reduction
and transportation by P. vittata.

Fig.3 Procedure of fabricating anti-fouling surface.

Investigation of the distribution anddegrading process of microplastic in the soil
For the assessment of microplastic in soil, we continued developing
approaches to separate microplastic from the soil. We separated themicroplastic through elutriation and centrifugation, including the removalof biological material by the Fenton reaction, and we identified plastic
particles by staining and visualization through fluorescence microscopy atseveral wavelengths. We investigated the influences of agricultural plastics
to soil bacteria and found that Pseudomonas and Janthinobacterium, whichwere minority in soil bacterial communities, became majority on thesurface of plastic (Fig. 4), suggesting the existence of plastics in soilinterferes with soil microflora.

土壌環境中のマイクロプラスチックの実態およびその分解プロセスに関する研究
土壌 からのマイクロプラスチックの分離について、フェントン反

植物・微生物を用いた有害重金属化合物による土壌・
水環境汚染の修復に関する研究

Dokdonella sp. and Bradyrhizobium sp., from a consortium. We applied
immobilization technology to molybdenum-adsorbing yeast and confirmed
the efficient molybdenum adsorption by the immobilized yeast. We
fabricated oil-infused honeycomb film (oPCF) by breath figures andconfirmed its antibiofouling properties (Fig.3).

2nd International Conference on Advances in Civil andEcological Engineering Research (ACEER2020) に出席・発表

Department of Environmental Studies for Advanced Society

重金属や難分解性有機化合物による土壌・地下水の環境汚染の深刻化や、地下資源への需要増加に対する供給不足が関心を集めてきているが、As a visiting professor, Dr. Grause provided several lectures for the “3 in 1”
program of Brawijaya University. The lectures focused on the impact ofplastics on the environment. This included a webinar on microplastic and aworkshop. The whole program was conducted online. As a part of the
program, Dr. Grause provided a keynote lecture at the 4th International
Conference on Green Agro-industry and Bioeconomy (ICGAB 2020) about
microplastic in soil. Dr. Chien and her research, entitled “Clarification andapplication of the mechanisms of purifying environmental contaminationby plants and microbes,” received the Encouragement prize from Japan
Society for Environmental Biotechnology. Dr.Grause also received the bestoral presentation award at the ACEER2020 (Fig.5), and Mr. Ryonosuke
Shimura (M1) and Miss Kanako Sato (M1) received the poster award in the
2nd Environmental Forum (Fig.6).

討論会に、M1 佐藤花奈子と M1 志村龍之介が優秀ポスター賞を受賞した（Fig.6）。

Fig.4 Distribution of bacteria from s1)sheet-rinsing
water, m1)mulch-rinsing water, p1)peg-rinsing water,sol)soil at p)phylum and g)genus level.

Fig.5 Best oral presentation by Assos.
Prof. Grause in ACEER 2020.

Fig.6 Photo of Mr. Shimura (M1) and Miss Sato (M1)receiving the award of the Best Poster Presentation in
the Environmental Forum 2020.
Coexistence Activity Report 202011

資源戦略学講座

Resources Strategies

地球物質・エネルギー学分野

Geomaterial and Energy

Geo-environmental systems driven by fluid-rock reactions

教授 岡本 敦助教 宇野 正起

助教 ダンダル オトゴンバヤル

Professor

Assistant Professor

Assistant Professor

Atsushi Okamoto

Masaoki Uno

Dandar Otgonbayar

先進社会環境学専攻

岩石―流体反応が駆動する地圏環境システム

Group Photo

人間社会にも大きな影響を与える。当研究室では，地殻やマントルにおける「流体」を介した岩石の反応やエネルギー・物質移動が駆動する、ナノスケールから地球規模まで様々なスケールの現象を対象とし、超臨界地熱資源や熱水性鉱床の形成過程と開発に向けた基礎研究，水や二酸化炭素の固定・循環プロセスとその有効利用，断層・亀裂での鉱物溶解・析出と地震との関係性などについての研究を進めている。さらに，多次元化
学組成で複雑な空間構造（組織）を持つ岩石を対象として、データ駆動型アプローチやパターン形成の数値モデリングを通じて，地圏環境における動的システムの情報抽出を試みている。

海洋プレートにおける流体浸透プロセスと水素発生
海洋プレートに海水が浸透し、マントルと反応する加水（蛇紋岩化）
作用は地球規模の水循環や地下生命圏への水素エネルギー供給を支配する重要なプロセスである。オマーン国に露出するオフィオライト（海洋プレート断面が露出したもの ; Fig.2）の掘削コアの解析と、離散要素法

The processes of solid earth are usually slow, but a subtle amount of geofluids dramatically accelerates chemical reactions and mass transfer in the crust,which has a great impact on human society. Our laboratory targets the various scale phenomena within the crust and mantle, driven by fluid-mediatedreactions and energy/mass transport. We are conducting research on various water–rock interactions involving supercritical geothermal resources,hydrothermal ore deposits, global H 2O and CO2 cycles, and dissolution/precipitation processes within faults and fractures. Furthermore, we are trying to
extract information on dynamic systems in the geo-environment based on data-driven approaches and numerical modeling of pattern formation for rocks
with complex spatial patterns and multidimensional chemical compositions.

を用いたシミュレーションにより、流体流動―化学―岩石破壊が関わる
フィードバック機構について研究を進めた。また、実験的にも固体体積の膨張により岩石が破壊し、浸透率が増大する現象を初めて明らかにした。さらに、同様な岩石―流体反応によるき裂形成によって、沈み込み帯のマントルウェッジにおいて CO2 固定化（炭酸塩化作用）が進行していることを明らかにした。
水素発生プロセスは、蛇紋岩化作用に伴う Fe(II) の酸化によるもので

超臨界地熱資源の地化学および熱水性鉱床の形成
400˚C を超える超臨界地熱資源は有望な再生可能エネルギーとして開発が期待されている。このような地熱資源を開発するためには、スケールや腐食などの問題があり、地熱流体の性質を予測する必要がある。しかし，気相的な低密度領域については，溶存種の熱力学的デー
タが存在しないという問題があった。この研究では、高温低密度条件での長石の溶解平衡実験を行い、水の密度を用いた平衡定数の拡張が有効であること、また、低密度領域では pH が上昇することを明らかにした。
高温地殻流体の減圧、または低密度化は、高過飽和状態を作り出し、海底のブラックスモーカーなどの熱水性鉱床を作り出す。黒鉱のチムニー近傍に存在する球状の黄鉄鉱や両錐形の石英粒子の微細組織の形状を解析し、バブル表面での核形成・成長メカニズムを明らかにした（ユトレヒト大学との共同研究 ; Fig.1）。さらに、超臨界条件での流通式析出実験により、シリカ粒子が形成し、上昇しながら成長し、石英粒子へと変化する過程を明らかにした。

Fig.1 Electron back-scattered diffraction (EBSD)
map of spherical pyrite in the Kuroko deposit.

12 Coexistence Activity Report 2020

Geochemistry of supercritical geothermal
resources and formation of hydrothermalore deposits
Supercritical geothermal resources exceeding 400 ˚C are expected to bepromising renewable energies. For sustainable utilization of such hightemperature fluids, it is necessary to evaluate the properties of thegeothermal fluids for predicting scaling and corrosion problems. However,
the thermodynamic data of aqueous species are lacking in vapor-like lowdensity regions. We conducted the hydrothermal experiments on feldspar
solubility at such P-T conditions, clarifying that the extension of theequilibrium constant by using water density is possible and that the pH risesin the low-density regions.
Decompression of high-temperature crustal fluids produces highsupersaturation of minerals, resulting in the formation of hydrothermal ore
deposits, such as black smokers at the seafloor. We analyzed the microstructuresof spherical pyrite and bipyramidal quartz grains from the Kuroko deposits
and revealed nucleation on the bubble and growth within the fluids(collaboration with Utrecht University; Fig.1). Based on the supercritical flowthrough experiments, we showed the mechanism of the formation of silica
particles and transformation to quartz during upwelling fluid flow.

Fig.2 Field excursion of the Oman ophiolite(Jan. 2020; Oman).

Fig.3 XAFS Analyses of serpentinites at
KEK (Tsukuba).

あり、水熱実験による磁鉄鉱形成プロセスや、放射光施設での Fe(III)/
Fe(II) マッピングを実施し、局所的な酸化流体の流入を明らかにしつつある (Fig.3)。
[ 受賞 ] 吉田一貴（修士課程 2 年）日本鉱物科学会 研究発表優秀賞
2020 年 9 月 18 日 (Fig.5)

データ駆動型アプローチによる変成岩の物質移動解析
変質岩，変成岩，土壌などの全岩化学組成は，火成岩などの原岩と、流体による元素移動（化学組成の改変）の情報を含んでいる、複雑な多次元データである。本研究では、機械学習のアプローチである決定
木と交差検証を用いて、大量の玄武岩化学組成データを学習させることにより、流体によって動きにくい元素（不動元素）の組み合わせによる原岩推定のモデルを作り、海洋底変質岩や沈み込み帯変成岩の原岩と物質移動を解析する手法を構築した (Fig.4)。
[ 受賞 ] 松野哲士（修士課程 1 年）日本鉱物科学会 研究発表優秀賞

Fluid infiltration through the oceanic plateand hydrogen generation
Infiltration of seawater and hydration of the mantle (serpentinization) play
crucial roles in the global water cycle and the supply of hydrogen energy tothe underground biosphere. Based on the analyses of the drilling core of
the Oman ophiolite (Fig.2) and the distinct element method numericalsimulations, we revealed the feedback processes of fluid flow-reactionfracturing within the oceanic crust. In addition, the hydrothermal
experiments of the analogue material showed the fracturing andpermeability enhancement induced by fluid–rock reactions. Similar
reaction-induced fracturing was found in serpentinite body which records
the carbonation of the mantle wedge within the subduction zone.
The hydrogen generation occurs through oxidation of iron duringserpentinization. We conducted the experiments on magnetite formation
and Fe(III)/Fe(II) mapping by the Photon Factory (KEK, Tsukuba),
showing the local fluid infiltration of the oxidizing fluids within the Oman
ophiolite (Fig.3).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

固体地球のプロセスは，非常にゆっくりとしたものであるが，少量の流体が関与すると地殻内の化学反応や物質移動は劇的に加速し，私たちの[Award] Kazuki Yoshida (M2), Best presentation award for students, Japan
Association of Mineralogical Sciences, September 18th, 2020 (Fig.5)

Mass transport analyses of metamorphic
rocks based on the data-driven approaches
Bulk rock chemistry of altered rocks, metamorphic rocks, and soils
represent complex, multidimensional data that contain information on
protoliths, such as volcanic rocks, and fluid-mediated element transport.
By learning huge geochemical data of basaltic samples, we created thepredictive model of the protoliths based on the combination of the immobile
elements and showed that the method is useful for analyzing the protolithand element transport of altered rocks at the seafloor and metamorphic
rocks within the subduction zones (Fig.4).
[Award] Satoshi Matsuno (M1), Best presentation award for students, Japan
Association of Mineralogical Sciences, September 18th, 2020 (Fig.5)

2020 年 9 月 18 日 (Fig.5)

Fig.4 Analytical scheme based on machine-learning approaches
for element transport of metamorphic rocks.

Fig.5 Best presentation award for students at Japan Association of
Mineralogical Sciences (Sep. 2020, Online; Yoshida, Matsuno).
Coexistence Activity Report 202013

資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

Earth Exploitation Environmental Studies

Studies on environment-friendly development systems

教授 高橋 弘助教 里見 知昭

Professor

Assistant Professor

Hiroshi Takahashi

取得技術の開発などを行っている。本年は、繊維質固化処理土工法の高度展開に関して、（1）パーライト副産物を用いた繊維質固化処理土の強度特性、（2）繊維質固化処理土の強度定数、（3）AI を用いた繊維質固化処理土の最適配合条件の推定などについて検討を行った。建設機械の高度化・知能化に関する研究に関しては、（1）バケットに作用する掘削抵抗力を用いた破砕堆積物の粒度推定、（2）軟弱地盤のバケット掘削と地盤強度推定、（3）礫混じり地盤の掘削抵抗力などについて検討を行った。さらに UAV を用いた地盤情報取得および土砂サンプリングに関しては、
落下コーンの貫入距離と衝撃加速度を用いた地盤強度推定およびオーガー式土砂サンプリング装置開発のための要素研究を行った。
The research activities of this laboratory are as follows. For the advanced study of the fiber-cement-stabilized soil method, (1) an evaluation of theunconfined compressive strength of fiber-cement-stabilized soil with perlite by-products, (2) an evaluation of shear strength parameters of modified soil,and (3) an estimation of optimum mixing conditions of fiber-cement-stabilized soil using artificial intelligence (AI)—specifically, a multilayer neuralnetwork—were conducted. For the study on advancement and intelligence of construction machinery, (1) an estimation of grain size of crushed rocks using
excavating resistive force by excavator bucket, (2) an estimation of soft ground strength by excavator bucket, and (3) an evaluation of excavating resistive
force on soil mixed with gravel by excavator bucket were conducted. Furthermore, for the acquisition of ground information and soil sampling using an
unmanned aerial vehicle (UAV), an estimation of ground strength using fall cone penetration depth and impact acceleration and fundamental studies fordeveloping an auger-type soil-sampling device were conducted.

Group Photo（3）AI を用いた繊維質固化処理土の最適配合条件の推定：繊維質固化処理土の配合条件は、これまで試行錯誤で決定することが多く、非効率であった。そこで昨年はニューラルネットワークを用いて繊維質固化処理土の最適配合条件を推定するための基礎研究を実施した。本
年は、教師データを増やすためのデータ収集を行った。2021 年は精度の高い推定手法について検討する予定である。

建設機械の高度化・知能化に関する研究
土木建設現場や資源開発現場などでは、重機による地盤掘削が不可欠である。特に災害現場での復旧作業や海底資源開発、宇宙などの極限環境下では、重機の遠隔操作あるいは自律作業など掘削作業の知能化が必要不可欠となっている。本年は、バケット掘削作業の知能化を目指し、以下の検討を行った。
（1）バケットに作用する掘削抵抗力を用いた破砕堆積物の粒度推定：
発破成績は一般に破砕堆積物の粒度分布で評価される。発破成績を

繊維質固化処理土工法の高度展開に関する研究
本研究室では、未利用高含水比泥土の再資源化率向上を目指して、泥土に古紙破砕物とセメント系固化材を混合することにより良質な地
盤材料に改良する繊維質固化処理土工法を開発した。本年は本工法の高度展開を目指し、以下の検討を行った。
（1）パーライト副産物を用いた繊維質固化処理土の強度特性：パーラ
イト副産物（Fig.1）は粒径が小さく多孔質であるため、高含水比泥土に混合することにより見掛けの含水比を低減できる可能性がある。本
年は、パーライト副産物を混合した繊維質固化処理土の強度特性を計測することにより、パーライト副産物混合の有効性を確認した。本研
究成果は「地球科学技術に関する国際シンポジウム 2020」にて発表し、優秀論文賞を受賞した。
（2）繊維質固化処理土の強度定数： 昨年に引き続き、繊維質固化処
理土を用いて一面せん断試験を行い、強度定数（粘着力および内部摩擦角）を測定した。さらに一軸圧縮試験も行い、繊維質固化処理土の一軸圧縮強度から強度定数を推定する方法について検討した。

Fig.1 Perlite by-products

14 Coexistence Activity Report 2020

Advanced study of the fiber-cement-stabilized
soil method
The following studies were conducted to achieve advanced development of
the fiber-cement-stabilized soil method.
(1) Evaluation of unconfined compressive strength of fiber-cementstabilized soil with perlite by-products: As perlite by-products (Fig.1) havesmall particle sizes and porous structures, it is possible to reduce theapparent water content by mixing them with high water content mud. In
2020, the effectiveness of mixing perlite by-products was confirmed
through measurement of the unconfined compressive strength of modified
soil with perlite by-products. The results were presented at the International
Symposium on Earth Science and Technology 2020 held at Kyushu
University, and the best paper award was received.
(2) Evaluation of the shear strength parameters of fiber-cement-stabilized
soil: Continuing from 2019, the shear strength parameters (i.e., cohesion
and internal friction angle of fiber-cement-stabilized soil) were obtained
from box shear test. In addition, unconfined compression tests wereconducted, and the estimation of shear strength parameters from theunconfined compressive strength of modified soil was investigated.

Fig.2 Unconfined compression test of modified soil

Fig.3 Bucket excavation experiment of crushed rocks

自動的に評価できるシステムの確立を目指し、本年は破砕堆積物のバ
ケット掘削における抵抗力を測定した（Fig.3）。
（2）軟弱地盤のバケット掘削と地盤強度推定：豪雨による災害現場での復旧作業の効率化を目指し、軟弱地盤のバケット掘削時の抵抗力計
測実験を行うとともに、地盤強度を推定する手法について検討した。
（3）礫混じり地盤の掘削抵抗力：通常の地盤は礫を含んでいるため、本年は礫混じり地盤を作製し、バケット掘削時の抵抗力を計測するとともに、地盤定数の推定を行った（Fig.4）。

UAV を用いた地盤情報取得および土砂サンプリング
本年は衝撃加速度を設置したコーンを空中から地面に落下させ、コーンの貫入距離と衝撃加速度から地盤のコーン指数を推定する方法について検討した（Fig.5）。さらにスクリュー式土砂サンプリング装置の開発を目指し、2019 年に作製した装置を改良した（Fig.6）。その結果、30cm の深さまでスクリューを貫入させ、土砂をサンプリング
できることを確認した。さらに反力を取る方法について検討した。

Fig.4 Box shear test of soil mixed with gravel(3) Estimation of optimum mixing conditions of fiber-cement-stabilized
soil using artificial intelligence (AI): As the mixing conditions of fibercement-stabilized soil were determined by trial and error, the work
efficiency was low. In 2019, the fundamental study on estimation of
optimum mixing conditions of modified soil using a multilayer neuralnetwork was conducted. In 2020, additional datasets were collected
through unconfined compressive tests to increase the amount of teachingdata (Fig.2).

Study on advancement and intelligenceof construction machinery
The following studies were conducted to achieve intelligence of the bucket
excavation work.
(1) Estimation of grain size of crushed rocks using excavating resistive
force by excavator bucket: Blasting performance was evaluated by thegrain size distribution of the crushed rocks. The resistance force of crushedrocks during bucket excavation was measured to develop an automatic
evaluation system for blasting performance (Fig.3).
(2) Estimation of soft ground strength by excavator bucket: The excavating
resistive force on soft ground was measured through bucket excavation
experiments, and the estimation method of ground strength wasinvestigated.
(3) Evaluation of excavating resistive force on soil mixed with gravel by
excavator bucket: The excavating resistive force on soil mixed with gravel
was measured through bucket excavation experiments, and the shear
strength parameters were evaluated (Fig.4).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

本研究室では、環境調和型開発機械システムの構築を目指し、建設副産物の再資源化、開発機械の知能化、土砂災害現場における地盤情報

Tomoaki Satomi

先進社会環境学専攻

環境調和型開発システムに関する研究

Study on acquisition of ground informationand soil sampling using unmanned aerial
vehicle (UAV)
A cone with an impact accelerometer was dropped from the air to theground, and the estimation method for the cone index of soil from the cone
penetration depth and the impact acceleration were investigated (Fig.5).
Furthermore, to develop an auger screw-type soil-sampling device, thedevice developed in 2019 was modified (Fig.6). The results confirmed thatthe screw could penetrate to a 30-cm depth and sample the soil. In addition,a method to obtain the reaction force was investigated.

Fig.5 Cone with impact accelerometerFig.6 Auger screw-type soil sampling device
Coexistence Activity Report 2020

15

資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

地殻環境・エネルギー技術の新展開

先進社会環境学専攻

Earth Exploitation Environmental Studies(Takahashi & Sakaguchi Lab.)准教授 坂口 清敏

Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

Associate Professor

Kiyotoshi Sakaguchi

１）岩石のマクロ破壊靭性とマイクロ破壊靭性の共依存関係（Fig.1, 2, 3）

軟岩体における高精度地圧測定法の開発

２）軟岩体における高精度地圧測定法の開発

軟岩体（泥岩等）に施工される地下構造物の設計・施工のために、

３）巨大地震後の鉛直地圧の倍増現象の解明

石のマクロ破壊靭性とマイクロ破壊靭性の共依存の観点から解明することを目的とする。本年度は、最高倍率 2,500 倍の CCD カメラを搭載したマイクロ破壊靭性試験装置（Fig.1, 2）を導入した。使用する供試体は、直方体岩石ブロック（3 mm × 5 mm × 7mm）の角面上に FIB（Focused Ion Beam）によって加工した 10µm × 10µm ×50µm のサイズのカンチレバータイプである（Fig.3）。本年度は、稲田花崗岩の構成鉱物の黒雲母、石英、斜長石、カリ長石について供試体を作製して破壊靭性試験を行なった。

これまで延性地殻を対象とした水圧破砕実験を行なってきた。その中

We conducted hydraulic fracturing experiments on the ductile crust. An
excessive fracture phenomenon was observed, which was thought to be
due to the load control. To clarify whether or not the fracture orpermeability was overestimated, the experimental equipment was
improved to a displacement control type (Fig.4), and the experiment was
conducted. The state of the specimen after the experiment was clearly
different (Fig.5 and Fig.6), and in the case of displacement control, it
seemed to be no-fracture. However, the permeability definitely increasedby two orders of magnitude. Therefore, the effectiveness of hydraulicfracturing of the ductile crust was clarified.

用の小口径ボアホールを持つ孔底ひずみ法を提案した。高精度を維持

In 2020, our research activities are as follows.
1) Codependency between the macro fracture toughness and the micro fracture toughness of rock (Figs.1, 2, and 3)
2) Development of high-precision rock stress measurement method in soft rock mass
3) Elucidation of the doubling phenomenon of vertical crustal stress after a huge earthquake4) Effect of loading control system on hydro-fracturing crack formation in the ductile rock (Figs.4, 5, and 6)
5) The mechanism of the hydraulic fracturing under the supercritical conditions
6) Injection-induced slip characteristics of a rock fracture under high temperatures

視点での評価のみならず、ミクロな視点においても詳細に評価し、岩Effect of loading control method on hydraulicfracture formation in the ductile rock

ボアホールの孔底を円錐状に加工し、その先端にカッティングス溜め

６）高温環境下における岩石き裂の間隙水圧誘起すべり特性

本研究は、不均質体である岩石の破壊進展機構を従来のマクロな

超臨界地熱環境下における水圧破砕き裂生成に及ぼす載荷制御法の影響の高い方法とされる応力解放法をベースに開発を行った。具体的には、

５）Super Critical 環境下における水圧破砕のメカニズム

岩石のマクロ破壊靭性とマイクロ破壊靭性の共依存関係要素法による数値シミュレーションを行い、最適な孔底形状を提案した。

We have proposed a high-accuracy rock-stress measurement method byvertical boreholes in soft rock bodies. This new method was based on theovercoring method, which is considered a highly accurate and reliable
method. We proposed an overcoring method in which the bottom of theborehole is processed into a conical shape and a small-diameter borehole
for storing cuttings is provided at the tip. Numerical simulation by theboundary element method by changing the borehole bottom shape tomaintain high accuracy and high measurement yield was conducted. The
optimum borehole bottom shape was proposed.

鉛直ボーリングでの高精度地圧測定の開発を行った。高精度で信頼性

４）超臨界地熱環境下における水圧破砕き裂生成に及ぼす載荷制御法の影響（Fig.4, 5, 6）

Codependency between the macro fracture
toughness and the micro fracture toughnessof rock
The purpose of this study is to elucidate the fracture propagation
mechanism of rocks from the viewpoint of codependence between themacro fracture toughness and the micro fracture toughness of rocks. We
introduced a micro fracture toughness test system (Fig.1 and Fig.2)
equipped with a CCD camera with a maximum magnification of 2,500
times. The specimen used is a cantilever type with a size of 10 µm×10 µm
× 50 µm processed by FIB (Focused Ion Beam) on the square surface of arectangular parallelepiped rock block with a size of 3 mm × 5 mm × 7 mm
(Fig.3). This year, specimens of biotite, quartz, plagioclase, and alkali
feldspar, which are constituent minerals of Inada granite, were prepared,
and fracture toughness tests were conducted.

し、かつ測定歩留まりの高い方法とすることを目的に、孔底形状（円錐の頂角、小口径ボアホールの直径、長さ）を変化させて、回転体境界で、供試体への軸載荷を荷重制御で行なったためと思われる過剰な破壊現象が見られた。破壊や透水性の過大評価か否かを明らかにするために、現有の実験装置を変位制御型に改良（Fig.4）して実験を行なった。
実験後の供試体の状態は，明らかに異なり（Fig.5, 6）、変位制御の場
合は、一見健常に見えた。しかし、透水性は確実に 2 オーダー上昇しており、延性地殻の水圧破砕の有効性を適切な方法で明らかにした。

受賞
1）坂口清敏：岩の力学連合会論文賞

Awards

研究費

1) Kiyotoshi Sakaguchi received the Best Paper Award from the JapaneseSociety for Rock Mechanics.

１）JSPS 科研費 17H03504（基盤研究 (B)・分担）
２）JSPS 科研費 K18K190390（挑戦的研究（萌芽）・分担）
３）JSPS 国際共同研究事業（ドイツとの国際共同研究・分担）
４）軟岩対象用地圧測定法の開発（企業との共同研究・代表）

Fig.2 View of the specimen placed at the testing system.
Fig.1 The testing system for the micro fracture
toughness using the micro-sized specimen.

16 Coexistence Activity Report 2020

Development of high-accuracy rock stressmeasurement method in soft rock

Grants1) JSPS KAKENHI 17H03504 (Co-investigator)
2) JSPS KAKENHI K18K190390 (Co-investigator)
3) JRPs-LEAD with DFG (Co-investigator)
4) Development of the rock stress measurement technique for soft rock(Collaborative research/Investigator)

Fig.5 X-ray CT image of the specimen
after the experiment by load control system.

Fig.3 SEM images of the micro-sized specimenof alkali feldspar.
Fig.4 Experimental system of displacement control type.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

2020 年に当研究室で行った主な研究は以下の通りである。なお、詳細説明は 3 つの研究に絞る。

Fig.6 X-ray CT image of the specimen after
the experiment by displacement control
system. There appear to be no cracks, but thepermeability has increased by two orders.

Coexistence Activity Report 202017

エネルギー資源学講座

Energy Resources

分散エネルギーシステム学分野

Distributed Energy System

Toward the development of sustainable energy system

教授 川田 達也

准教授 八代 圭司

Professor

Associate Professor

Tatsuya Kawata

Keiji Yashiro

Lab member photographよるエネルギー高効率利用に不可欠なエネルギー変換技術、およびエネルギー貯蔵技術、また地球環境保全に必要な環境技術の基盤技術および学理構築を重点課題としている。環境 ･ エネルギー問題の解決には、化石燃料の高効率利用と再生可能エネルギーの安定供給のための新しい技術の普及が不可欠と考え、その技術基盤の一つとして、高効率、高耐久性の固体酸化物形燃料電池（SOFC）の実現に必要な技術課題を取り上げ、学内外の機関との協働し、システムに用いられる材料の使用環境における物理化学的、機械的挙動について、熱力学、固体化学、電気化学を基礎とする解析によって明らかにする。

伴って単調に増加したが、還元体である Ni-YSZ では 30％の Ni 体
積分率付近で劇的に弾性率と強度が変化した。これは Ni 体積分率が30％となるところで、変形と破壊挙動が脆性的挙動から延性的挙動に変わったことに対応している。弾性率と強度の双方とも気孔率の増加に伴い減少したが、800℃での低下の度合いは室温に比べて小さかっOur research target is to develop environmentally friendly energy-conversion systems. Our special focus is on high-temperature electrochemical devices
such as solid oxide cells, which are useful for high-efficiency energy conversion between chemical and electric energy. Research studies on the mechanicalreliability of solid oxide fuel cells (SOFCs), which are tightly linked with physicochemical and thermodynamic properties, have been performed throughcollaboration with other research groups inside and outside the university. A simulation code was developed to evaluate the deformation based on transient
distribution of chemical potential inside the materials. The mechanical and physicochemical properties of the constituent materials have been measured
at elevated temperatures in controlled atmospheres to be used for the simulation.

た。弾性率減少への Ni 量および気孔率の影響は、室温空気中では双方が顕著であったが、800℃では Ni 量の影響の方が気孔率に比べ大きいことが分かった。以上のことは、SOFC 材料について運転条件での機械特性評価が特に重要である事を示している。

教育活動2020 年度の当研究室のメンバーは、教授 1 名、准教授 1 名、研究

固体酸化物形燃料電池スタックの高度評価・解析技術の研究開発および強靭化技術の開発
NEDO 委託事業「固体酸化物形燃料電池スタックの高度評価・解析技術の研究開発」が 2020 年度より開始し、同プロジェクトに参画している。発電効率の高い固体酸化物形燃料電池 (SOFC) において、65％ (LHV) の超高効率化、耐久時間 13 万時間以上に貢献する技術の確立を目指し、スタックの高度評価・解析技術の開発を行っている。
学内外との連携を含めて共同で研究を進めており、東京大学、京都大学、九州大学、産業技術総合研究所、電力中央研究所で基盤コン
ソーシアムを形成し、SOFC 開発各社とも密接に連携して事業を推進している。高効率化では高い燃料利用率に起因してセル内各所での運転状態が異なり、劣化挙動にも大きな分布が生じる可能性があるため、セル内の局所的な劣化を詳細に評価検討する必要がある。当研究室
はセルの機械的信頼性評価に関する開発を担い、また、SOFC が利用できるアプリケーションを増やすために強靱性セルとして、金属支
持型セルの作製・評価も行っている。当分野での具体的な研究成果については以下で述べる。

SOFC 作動条件下での Ni-YSZ 燃料極の機械的特性
SOFC の耐久性と信頼性を保障するためには、燃料極およびセルの支持体として機能するニッケル - イットリア安定化ジルコニア（Ni-YSZ）
サーメットの機械的特性は非常に重要である。Ni-YSZ の機械的特性
は外的条件だけでなく Ni、YSZ、気孔の割合によっても大きく変化する。我々は、Ni、YSZ、気孔の体積分率を主なパラメーターとして変化させながら Ni-YSZ と NiO-YSZ の弾性挙動、および破壊挙動を評価した。800℃では NiO-YSZ コンポジットの弾性率は NiO 分率に

18 Coexistence Activity Report 2020

Development of advanced evaluation andanalysis technologies for the durability ofsolid oxide fuel cell stacks and thedevelopment of a high-toughness cell

員 1 名、技術補佐員 1 名の教職員 4 名、修士学生 12 名、学部学生
8 名の学生 20 名の延べ 24 名で構成され、3 月には修士課程を 8 名が修了し、企業に就職、学部生 4 名は卒業後修士課程に進学した。

NiO–YSZ composite stiffness monotonically increases with increasing
NiO, whereas for Ni-YSZ, the reduced form shows drastic changes inelastic modulus and strength around 30 vol% Ni where the deformation
behavior and fracture transition from brittle-like to ductile. Both stiffness
and strength show linear decreases with porosity, of which the degree ofdeterioration at 800°C was duller than it was at room temperature. The
influences of Ni content and porosity on elasticity are quantified using
multiple-linear regression analysis. Pore volume fraction shows large
negative effects on elasticity at room temperature in air. However, at
800°C, Ni volume shows larger negative effects than pore volume does
under reduced atmospheres. These results indicate that mechanicalproperties of SOFC materials must be evaluated under operating
conditions.

Educational activities

Department of Environmental Studies for Advanced Society

当分野の研究方針は、環境調和型社会の実現に向けた社会的要請の高い課題の解決である。現在はその中でも特に、高温電気化学デバイスに先進社会環境学専攻

サステイナブルなエネルギーシステム
実現に向けてLab workers consist of four staff members (a professor, an associate
professor, a researcher, and a technical staff member) and 20 students (12master’s students and eight undergraduates). Eight graduate students andfour undergraduate students graduated in March.

NEDO’s project involving the development of advanced evaluation andanalysis technologies for the durability of solid oxide fuel cell (SOFC)
stacks was launched in FY2020. It aimed to develop advanced stackevaluation techniques to achieve super-high efficiency of 65% LHV and a
lifetime longer than 130,000 hours. In this project, a research consortium
organized by the University of the Tokyo, Kyoto University, Kyushu
University, AIST, CRIEPI, and Tohoku University collaborates withcompanies that have developed SOFCs. Under high-output conditions,high fuel utilization causes different operating conditions at different
places within a cell. The degradation behavior may also differ from theaverage operating conditions. Therefore, the cell’s local degradation
should be evaluated. Our lab contributes to the development of themechanical reliability evaluation method. Additionally, a metal-support
cell has been developed to achieve high toughness, which extends theapplication range of SOFCs. Our research activities are described asfollows.

Mechanical properties of Ni–YSZ composites
under solid oxide fuel cell operating
conditions
To ensure the durability and reliability of solid oxide fuel cells (SOFCs),
understanding the mechanical properties of nickel and yttria-stabilized
zirconia (Ni–YSZ) cermet is very important. Ni–YSZ cermet not only
works as an anode but also as a cell-supporting body. Its mechanicalproperties undergo changes not only because of extrinsic conditions but
also due to Ni, YSZ, and pore proportions. In our study, Ni–YSZ and NiOYSZ composites’ elastic and fracture behaviors are investigated usingchanging Ni and pore volume fractions as a main parameter. At 800°C,

Fig.1 Elastic modulus of NiO-YSZ at room temperature and 800°C.

Fig.2 Fracture stress of NiO-YSZ at room temperature and 800°C.

Coexistence Activity Report 202019

エネルギー資源学講座

Energy Resources

エネルギー資源リスク評価学分野

先進社会環境学専攻

環境政策学講座

Resources and Energy Security

Environmental Policies

環境社会動態学分野（環境政策学講座） Socio-Environmental Dynamic Analysis (Environmental Policies)

資源・エネルギーの持続的開発と環境の持続の可能性

准教授 渡邉 則昭

助教 中村 謙吾

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Takeshi Komai

エネルギー資源リスク評価学分野は、環境と資源・エネルギーの相互作用に関する様々な研究成果をもとに、地球環境における物質循環に根ざした地圏システムの理解、資源・エネルギー開発に伴う安全保障および環境リスク管理、人の健康と自然環境との関係、地圏環境における土壌や地下水等の汚染問題、さらには有害化学物質のリスク評価に関する総合的な教育・研究を実施する。
本研究室の特色は、地球科学と資源・エネルギー開発の学術を基礎として、地球環境および地域環境の保全に関する技術やシステムの研究開発を実施し、教育および研究を通じて学術や社会に貢献することである。学術集会や開発手法の技術公開、プレス発表等を通じて、研究成果を
広く学術界および社会に発信している。
We have conducted various research in energy and environmental sciences and engineering, such as environmental risk assessments, geosciences/
geoengineering in light of energy and resource productions, and geo-informatics, for our sustainable future. We have investigated hydraulic, mechanical, andchemical properties of high-temperature rocks and ways to control/utilize them, particularly for sustainable and profitable productions of petroleum andgeothermal resources. Recently, we initiated a research on a new method for CO2 mineralization, in which an environmentally friendly chelating agent isapplied and recycled to dissolve calcium silicate efficiently and produce high-purity calcium carbonate and silica in an alkaline aqueous solution. Furthermore,
we initiated new research on risk assessment of new hazardous chemicals, flax method of soil–water boundary conditions, reality of fluid flows in poresystems of soils, and risk assessments of coal and metal mines in developed countries. We have developed new knowledge and several innovative methods
for data-driven environmental analyses.

Noriaki WatanabeGroup Photo

Kengo Nakamura

地下水や鉱山の元素挙動の解析 ( JICA との共同研究 )日本国外の調査（ボツワナ）を通じて、地域住民の重金属類のリスク評価や飲用・工業に用いられる地下水の再供給のメカニズムを明らかにした（Arie et al.,Chemosphere）。

超臨界 / 超高温地熱貯留層の造成および維持( JSPS 科研費基盤研究（B）, 科研費挑戦的研究（萌芽）,
ドイツとの国際共同研究 )発電に利用可能な超臨界水や過熱蒸気の生産が期待される 400℃
以上の地下環境での貯留層造成法として期待される高密度透水性き裂
ネットワークの形成をともなう水圧破砕のメカニズムに関する国際共著論文 2 編を Rock Mech. Rock Eng. 誌に投稿した（査読中）。また、超高温地熱貯留層からの熱抽出時に生じると予想される、き裂の圧力溶解にともなう透水性低下の速度を明らかにするとともに、透水性低下を抑制することが可能であることも明らかにした（Watanabe
et al., Appl. Energy, 2020）。さらに抽熱時には、水の相変化にと環境情報の高度解析による歴史津波堆積物調査( AIST, JAMSTEC との共同研究 / 科研費基盤研究（A）)
環境中の情報は、無限であり、その情報の中から有益な情報を抽出する手法が重要となる。本研究では、歴史津波堆積物や土壌の吸着係数に着目し、情報を抽出することで、複雑化するプロセスの解明を行った（駒井 et al., 環境地質学シンポ）。

有害物質の地圏環境移動現象の解明( AIST との共同研究 / 環境省特別推進費、科研費若手研究 )有害物質の大気・土壌中の流れや分布メカニズムが不透明であり、
環境動態などの解析に大きな課題が残されている。本研究では、土壌中流路の可視化や吸着性を考慮した健康リスク評価モデルの開発を行った（近藤 et al., 環境ファーラム、土田 et al., 資源素材学会）。

Fig.1 Paleo-tsunami deposits core samplingin Sanriku coast, Iwate

20 Coexistence Activity Report 2020

Survey of paleo-tsunami deposits driven
by environmental data
Environmental information is infinite and complex, so it is important to
identify which factors are beneficial. In our study, we examined paleotsunami deposits and soil adsorption coefficients. Through data-driven
analysis, we elucidated a complex and wide variety of environmental
processes.

Research on the geo-environmental transfer
of topical materials
Recently, air and soil contamination have become serious problems.
Elution tests are the best-known method for the evaluation of the behaviorof heavy metals and volatile organic compounds from contaminated soil.
Such tests are very complex, both in soil and in water. The purpose of thisstudy is to assess human health risks using a self-made model thatconsiders the adsorption coefficient.

Fig.2 Geochemical survey in Hokkaido

Fig.3 Risk assessment model image of newhazardous chemicals at our living area

もなうアモルファスシリカ・ナノ粒子の形成によるき裂の透水性低下が生じうることを見出し、透水性低下の速度を明らかにするとともに抑制法を提案した（Watanabe et al., Sci. Rep. under review）。

地熱貯留層等の化学的刺激法 ( JAPEX との共同研究 )在来型の地熱貯留層や高温油ガス貯留層の新しい刺激法として、環境調和型キレート剤を用いた選択的鉱物溶解による貯留層の浸透性改善手法を着想し（特願 2020-189791）、その効果とメカニズムを明らかにした（Watanabe et al., Commun. Earth Env., under review）。

二酸化炭素の鉱物固定法 ( 土屋研究室との共同研究 )キレート剤とケイ酸塩鉱物を用いた新たな二酸化炭素固定法を着想し（特願 2020-217738），実現可能性を明らかにした（Wang., etal., J. Cleaner Prod., under review）。

Fig.4 Silica nanoparticles produced under
superhot geothermal conditions

Assessment of trace elements in groundwaterand mining
We referred to surveys conducted outside of Japan (in Botswana) to clarify
the mechanisms behind groundwater recharge and the transfer of traceelements. This increased our understanding regarding the local peoples’
real lives.

Creation and control of geothermal
reservoirs in supercritical/superhot
geothermal environments
We have submitted two international collaborative papers on themechanism of hydraulic fracturing that can produce dense networks ofpermeable fractures (i.e., geothermal reservoirs) in supercritical/superhot
geothermal environments (above ca. 400°C) to Rock Mech. Rock Eng.
Additionally, we have clarified reduction rate of fracture permeability due
to the pressure solution that may occur in producing superhot geothermalenergy and the possibility and method of reducing the risk of permeability
reduction (Watanabe et al., Appl. Energy, 2020). Moreover, we have foundanother risk of permeability reduction by amorphous silica nanoparticles
that may occur due to the phase changes of water but have proposed
possible ways to reduce the risk (Watanabe et al., Sci. Rep. under review).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Sustainable development of resource and energy as well assustainable possibility of environment

教授 駒井 武Chemical stimulation for geothermal
reservoirs
We have proposed a new chemical stimulation for geothermal and hightemperature hydrocarbon reservoirs, utilizing selective mineral dissolution
with an environmentally friendly chelating agent (pending patent), andhave clarified the effectiveness and mechanisms (Watanabe et al.,Commun. Earth Env., under review).

Mineralization of carbon dioxide (CO2)
We have proposed a new method to mineralize CO2 , using a chelating
agent and silicate minerals (pending patent), and have demonstrated its
feasibility (Wang et al., J. Cleaner Prod., under review).

Fig.5 Voids created in granite by theselective mineral dissolution

Fig.6 CaCO3 produced by the new CO2
mineralization method
Coexistence Activity Report 202021

エネルギー資源学講座
環境共生機能学分野

Energy Resources

Designing of Nano-Ecomaterials

Development of functional nano-ecomaterials for energy andenvironment in the environmentally benign systems

教授 高橋 英志

准教授 横山 俊

技官 本宮 憲一

Professor

Associate Professor

Technical Engineer

Hideyuki Takahashi

Kenichi Motomiya

例えば、化合物太陽電池材料となる Cu-In 合金ナノ粒子や Cu-In-S

体制御技術、等に分類できる。

するための Fe ナノ粒子、等の合成と実用化を試みている。更に、エネ

Hideyuki Takahashi Laboratory’s research has focused on developing and using well-defined nanomaterials in our daily lives. In particular, we havedeveloped methods for synthesizing and utilizing useful nanomaterials with specific morphology.
Our research objectives can be classified into (a) natural energy conversion materials, such as alloy nanoparticles for compound solar cells, thermoelectricalloy nanoparticles, and photocatalysts with specific morphology; (b) functional nano-eco materials, such as uniform and well-crystallized alloy
nanomaterials, well-defined electric integration nanomaterials (Cu nanoparticle, Cu nanowire, etc.), and precise control of nanocatalysts for fuel cells; and(c) development of novel methods for extracting rare metals with precise control under complex conditions.

能を発現するストラティファイド光触媒材料、を開発している（Fig.1）。

For solar cell application, we developed methods of synthesizing Cu-In alloy
nanoparticles, Cu-In-S nanoparticles, Cu-In-Sn alloy nanoparticles, and CuZn-Sn-S nanoparticles, and we applied these synthesized materials to theformation of printable solar cells. Moreover, we tried to synthesize Cu
nanoparticles and/or Cu nanowire with high conductivity and oxidative
resistivity, Cu materials with specific morphology, and Fe nanoparticles withlow melting point to apply as bonding materials. Thermoelectric materials,
fuel cell materials, and stratified photo catalysts with specific morphology
were also developed to apply these synthesized materials to environmentallyfriendly energy materials (Fig.1).

学生諸君の国際及び国内会議発表、その他の活動

Student activity (conference, prizes, etc.)

大限に発現できる組成・結晶系・形態に制御する必要がある。この様な観点から、本研究室では、原材料中での材料の状態を計算及び X 線構造解析等の機器分析を通じて厳密に制御し、その反応機構を電気化学的手法や質量分析等を利用して解明する事で、高効率且つ均質な状態のナノ材料を開発する手法を開発している。また、高性能を発現するための状態制御法の開発を行っている。研究は（A）自然エネルギー変換材料（化合物太陽電池用ナノ材料、熱電変換合金ナノ粒子、光触媒、など）、（B）機能性ナノ - エコ材料（均質合金ナノ粒子、高機能性電子用金属ナノ材料（Cu ナノ粒子 , Cu ナノワイヤなど）、固体高分子燃料電池用機能性ナノ触媒材料、など）、（C）難溶性レアメタル等の抽出を可能とするための錯

ナノ粒子、Cu-In-Sn 合金ナノ粒子、Cu-Zn-Sn-S ナノ粒子を水溶液中で合成し、塗布することで太陽電池を形成させる技術を開発した。また、導電性が高く耐酸化性が高い Cu ナノ粒子や Cu ナノワイヤ、透明導電性材料用の特異な形状制御を行った Cu 粒子、構造材料を低温で焼結
ルギー材料として、熱電変換材料や燃料電池材料、特異な形状で高機

高橋（英）研究室所属では、学生諸君の研究開発能力や意識、コミュ
ニケーション能力に対するグローバル化を促進することにも重点をおいており、学生諸君の国際会議での発表や博士課程学生の留学を精力

研究概要
遷移金属等の貴金属ではない金属のナノ材料を実用化することを念頭に、様々な金属／合金ナノ粒子を、環境負荷が少ない手法で合成する研究開発を行っている。特に、材料の特性の均質化や、高特性を発現する相の選択的合成、長寿命化、を達成するためには、均質で結晶性が高い金属／合金ナノ粒子であることが必要である。更に、工業的応用を念頭におくと耐酸化性が高くかつ表面被覆材の使用は限界まで低減する必要である。この様な全ての条件をすべて満たした金属／
合金ナノ粒子を、ビーカー等の簡単な装置のみを用い、常温～ 70℃
程度の水溶液中で、合成するという “ 現代の錬金術 ” と言える手法を開発している。
その為には、原料となる水溶液中において、金属の状態を均質化す
ること、合金を合成する様な場合には還元析出させるためのポテンシャ
ルを単一化及び均質化することが必要である ( 合成する材料により、酸化および硫化をさせる場合もある )。そこで我々の研究室では計算手法を用いて水溶液中の金属錯体の種類等を制御し、その上で還元析出させる手法を開発した。

Fig.1 Schematic drawing of researches in H. Takahashi Lab.

22 Coexistence Activity Report 2020

Research

的に行っている。2020 年度は、残念ながら、COVID-19 の影響で

To achieve industrial applications of transition metal/alloy nanoparticles
instead of precious metal nanoparticles, various procedures for synthesizingthese materials have been developed under low environmental loading
conditions. In particular, a method of synthesizing “uniform” and “wellcrystallized” metal/alloy nanoparticles should be developed to utilize theuniform properties, selective and high-performance, suitable phase, and long
lifetime. Moreover, materials synthesized for commercial applications shouldhave specific properties, such as high oxidative resistivity and low addition of
surfactants. We have developed a method of synthesizing metal/alloy
nanoparticles with the properties mentioned above using simple equipment
and low energy conditions (RT-70°C) in the aqueous phase.
To synthesize “uniform” and “well-crystallized” metal/alloy nanoparticles,
the condition of metals in the aqueous phase should be restricted to thehomogeneous phase, and the reduction potential of both metal complexes
should be equal. Sometimes, oxide materials and sulfide materials are alsosynthesized.
Therefore, we introduced our idea for a particle synthesis system based on thepredicted concentration of metal complexes in an aqueous solution as afunction of pH.

に米国フィラデルフィアで開催された ACS Spring 2020 National

例年より大幅に少ない 4 件の学会発表を行った。当該期間では、5 月
Meeting & Expo, COLL 261 にて DC3 の仲本龍一郎君がオンラ
インで、10 月に米国ハワイで開催された 2020 Electrochemical
Society Conference では MC2 の後藤光生君が関与する発表がオンラインで行われた。また、MC1 の梅本雄太君（Fig.2）及び小野薫君（Fig.3）が 10 月に仙台で開催された第二回環境科学討論会にて発表を行っている。MC1 の小野薫君（Fig.4）は環境科学討論会優秀賞を受賞している。また、本年度は、学生諸君が関わる 5 件の論文を報告した。
COVID-19 の影響が低減すれば、次年度以降は、ECS や MRS、資源・素材学会、資源・素材学会東北支部大会、応用物理学会、など、
国内外の学会にも積極的に参加し、成果の発表を行う予定である。まStudents from our laboratory attended 17 international and domestic
conferences in every year. To develop members’ various abilities, werecommended joining international conferences and studying abroad (DCcourse students). However, in this year, because of the COVID-19
pandemic, we only attended four meetings.
This year, Mr. Tatsuichiro Nakamoto (DC3) joined the ACS Spring 2020
National Meeting & Expo, COLL 261 (May, online meeting). Mr. Mitsuo
Goto (MC2) joined the 2020 Electrochemical Society Conference, held in
Honolulu (October, online meeting). Mr. Yuta Umemoto (MC1, Fig.2) and
Mr. Kaoru Ono (MC1, Fig.3) joined the 2nd Meeting of Environmental
Studies, held in Sendai (October, poster).
Mr. Kaoru Ono (MC1) received the Best Presentation award at the 2nd
Meeting of Environmental Studies (MC1, Fig.4).
Five papers related to the students’ research were published in this year.
After the COVID-19 pandemic, we will join the Electrochemical Society
Conference (ECS), Materials Society Meetings (MRS), MMIJ’s spring
and fall meetings, and Tohoku branch’s spring MMIJ meeting, as well as
the Japan Society of Applied Physics (JSAP) and others.
Moreover, we will join various social activities, such as events addressing
natural energy, public lectures, and so forth.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

ナノ材料は省資源で最高性能を発現する材料として期待されているが、真の意味で次世代環境対応型材料とするためには、目的とする機能を最Shun Yokoyama

先進社会環境学専攻

環境との共生・エネルギーの創製を担うナノ機能素材開発

た、自然エネルギーに関する周知活動や高大連携に係る東北大学講師
派遣における出前授業なども再開する。

Fig.2 Presentation of Mr. Yuta Umemoto (MC1)
at 2nd Meeting of Environmental Studies (Sendai)

Fig.3 Presentation of Mr. Kaoru Ono (MC1) at 2nd
Meeting of Environmental Studies (Sendai)

Fig.4 Mr. Kaoru Ono (MC1) was received the Best
presentation award of 2nd Meeting of Environmental
Studies (Sendai)
Coexistence Activity Report 202023

エネルギー資源学講座

Energy Resources

国際エネルギー資源学分野

International Energy Resources

Governing energy strategies and the diffusionof new low-carbon technologies

教授 土屋 範芳
Professor

Noriyoshi Tsuchiya

准教授
トレンチャーグレゴリー
Associate Professor

准教授 窪田 ひろみ 助教 王 佳 婕

助手 山岸 裕幸

Associate Professor

Research Associate

Assistant Professor

Hiromi Kubota

Jiajie Wang

Hiroyuki Yamagishi

研究員 ファジャール 研究員 ミンダリョワ
ディアナ
フェビアニ アマンダ

研究員 バニー ノビタ
アルビア—ニResearcher

Researcher

Amanda Fajar Febiani

Researcher

Mindaleva Diana

Alviani Vani Novita

本研究室は、エネルギーと資源に関わる環境問題・国際問題に挑む文理融合の研究室である。再生可能エネルギー、水素エネルギー、燃料資源、行っている。
Our lab is carrying out challenging research on environmental and global issues related to energy and natural resources using approaches that extend
beyond classical academic fields of natural and social sciences. We conduct studies of renewable energy, hydrogen energy, fuel resources, metal resources,
and resource recycling. Carrying out analyses from multiple perspectives between technology and society, we seek to generate knowledge to contribute toa society built on sustainability and sufficiency.

地域とエネルギー：
地熱と水素と CCUS、そして社会
日本の地熱エネルギーの賦存量は世界第 3 位であるにもかかわらず、地熱発電の開発は遅れており、また地熱エネルギーの直接利用としては、浴用の温泉利用以外はほとんど利用が進んでいない。当研究室では、地熱の先進的直接利用として、廃アルミニウムと温泉との反応から、水素の製造するプロジェクトを進めており、秋田県仙北市
玉川温泉での現場実験も成功している。このほか、地域のエネルギー

持続可能な社会の実現に向けた水素モビリティ
あらゆるガバナンス手法を活用することによって、如何に燃料電池自動車の生産能力・普及の拡大を促進することができるのかに関して研究を行っており、公共政策や法制度の他、制度設計、ビジネスモデル、
業界のルール作りなどという社会システムの舵取りのあり方に着目している。20 年は、日本、カリフォルニア州、ドイツを対象として、データの収集・分析を行ってきた。
20 年 2 月には、幸運にもコロナ感染状況が悪化する前にカリフォ
ルニア州を訪問し、大学（カリフォルニア大学デイビス校）、政府、業界の利害関係者と直接面会し、カリフォルニア州において、燃料電池の自動車およびバスの普及拡大を図る上で如何なるガバナンス手法が活用されており、それによって如何なる効果と課題が生まれているのか、ということを調査した。その結果、燃料電池自動車の市場は、当初期待されていたほど拡大が進んでいないことが明らかになったが、その背景として、アジアの自動車メーカーの生産能力が現在限定的であること、及び水素ステーション整備の遅れが影響していることが見出された。
ドイツにおいても同様な調査を行った。専門家を対象としたアンケー
ト調査とインタビューを通じて、燃料電池の乗用車（FCV）およびバスの普及に影響する諸要因を比較分析した。カリフォルニア州と同様に
FCV 市場は多くの問題に直面していることが分かった。

Fig.1 Electric bus in Shenzhen, China

24 Coexistence Activity Report 2020

Hydrogen mobility for a sustainable society
We conduct international and domestic research into how different
governance approaches (including policies, laws, regulations, businessmodels, industry rules etc.) can help to accelerate the production anddiffusion of hydrogen technology. This year we focused especially ontransport applications, including passenger vehicles and buses in Japan,
California and Germany.
In February 2020, one member was fortunate enough to be able to visit
California for field research before the COVID-19 pandemic to meet withstakeholders in academia (University of California, Davis), government
and industry. Interviews were conducted to obtain information on thegovernance strategies used in California to accelerate the production andadoption of fuel cell passenger vehicles, buses and trucks. One interestingfinding was that the market is not growing as quickly as hoped. Thissituation is the result of two situations: First, the limited supply of vehicles(which are currently only made by Asian companies—Toyota, Honda andHyundai), and second, the limited availability of refueling stations, whichis hampering the speed at which automakers can produce and supply
vehicles to California.
We also continued this research in Germany. We used a quantitative
survey and interviews to elicit the judgment of experts about the mostimportant factors driving or blocking the development of fuel cell mobility
in Germany. Like in California, the limited supply of vehicles was again
found to be a large problem. There is an urgent need for German automakers
to produce fuel cell vehicles to increase the supply in Germany and othercountries.

Fig.2 Bird's eye view of Tamagawa hot spring site,
Senboku City, Akita

Fig.3 SDGs lecture for primary and middle school
students in Tamagawa Onsen

を地域で利用する持続社会のための新しいエネルギーシステムの構築を目指し、未来社会のためのエネルギー、資源循環と社会との関わりに関する研究を進めている。
一方、地球温暖化の急速な進行にともない、大気中の CO 2 を迅速に削減することがこれまで以上に急務ととなっている。そこで本研究室では、中低温度条件下で岩石から金属カチオンの抽出と炭酸化プロセスを促進し、CO 2 を利用して価値ある製品を生産することで、より効率的な CO 2 鉱物化システム開発を進めている。

Although Japan has the third largest geothermal potential in the world, theuse of this energy for electric power generation is trailing behind othercountries. Meanwhile, direct use of geothermal heat energy is also rare. In
fact, the most familiar application for Japanese people is limited to hot
springs (onsen). In this lab, we are conducting hydrogen production byusing waste aluminum and acidic hot spring water. Fields experiments at
the Tamagawa Hot Spring in Senboku City, Akita, have been successfully
performed. We study future energy systems with utilization of local
resources for a sustainable society, and we also carry out cutting-edge
research on future energy systems.
In another area of research, it is getting more urgent than ever to efficiently
reduce atmospheric CO 2 since global warming is accelerating. Therefore,
we are also trying to develop new CO2 mineralization systems with efficientCO2 utilization and valuable products formation under moderate andalkaline conditions. The new CO2 mineralization systems are expected toeffectively reduce CO2 emissions.

Research Topics in 2020

2020 年研究テーマ
・地熱エネルギー利用の社会受容性解析
・温泉水と廃アルミニウムによる水素製造
・玄武岩と流体の相互作用により CO 2 固定化と水素製造
・沈み込み帯での地熱資源の形成プロセスと超臨界地熱資源
・歴史津波堆積物の識別のための AI 開発（災害科学研究）

野外調査
・岩手県野田村の歴史津波堆積物調査（災害研究）
・秋田県湯沢市南部地域の地熱資源探査
・福島県土湯温泉地域での温泉利用とSLO（Social License to Operate）調査

Fig.4 Geological survey for
geothermal resources

Local Energy Initiatives:
Geothermal, Hydrogen, CCUS and Society

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Gregory Trencher
金属資源、資源循環などの諸問題と環境、並びに社会との関わりについて多角的、重層的に解析し、持続的社会のための指針を考ための研究を

先進社会環境学専攻

エネルギー戦略および新しい低炭素技術の普及に向けた舵取り

・Analysis of social acceptance of geothermal energy
・Hydrogen production by using waste aluminum and hot spring
・CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) and hydrogenproduction by ultramafic rocks-fluid interaction
・Geothermal energy system in subduction zone and supercritical
geothermal energy
・AI for historical tsunami deposits identification (disaster science)

Field Survey
・Historical tsunami deposits (Noda, Iwate)
・Geothermal exploration (Yuzawa, Akita)・Social survey for analysis of SLO of geothermal energy(Tsuchiyu Hot Spa, Fukushima)

Fig.5 H2 production (bubbles) using waste Al chips andTamagawa hot spring water

Fig.6 Historical Tsunami deposit in Noda, Iwate
Prefecture (AI techniques development for thediscrimination of Tsunami deposit)
Coexistence Activity Report 202025

環境政策学講座

Environmental Policies

環境・エネルギー経済学分野

Environmental and Energy Economics

Resource logistic approach to visualize supply chain risks
behind resource use

教授 松八重 一代

助教 張 政陽Professor

Assistant Professor

Kazuyo Matsubae

はそれぞれ増大傾向にある。世界有数のレアメタル消費国である我が国は、消費・生産活動を支える多くの一次資源の調達を海外に依存している。
資源供給の上流における様々な地政学的リスクは経済活動に対してしばしば大きな影響をもたらすことは知られているものの、サプライチェーンを通じた資源の流れの定量化、関連するリスクの可視化は、リスク情報の抽出方法が未確立であること、マテリアルフロー情報が不足していること
等々、課題が多いのが現状である。本研究分野では、これらの課題を解決し、資源利用に関わるサプライチェーンリスク情報を集約的・戦略的に管理する基盤構築を目指す。

Zhengyang Zhang

インド亜大陸の食品窒素フットプリントの評価：
宗教的な食文化の視点から
窒素は、すべての生物にとって必須の栄養素である。大気及び水中の過度な窒素損失は、酸性雨やオゾン層の破壊など環境問題、又は呼吸機能障害など健康問題を引き起こす懸念がある。本研究では、
インド亜大陸の多様な宗教的な食文化を考慮した食品窒素のフットプ

With the increased global concerns about resources and environmental constraints in recent years, the role of mining, as a constituent of social responsibility
associated with resource extraction and usage, is becoming increasingly important in science, technology, and innovation policy. Under increasing public
and shareholders' concerns of social and environmental sustainability, the fabrication industries require careful attention owing to their own risks related
to the resources and materials that are used in their products and services. The material flow analysis (MFA) tool and input-output technique provide usefulperspectives and valuable evidence for avoiding or minimizing the social and environmental risks related to the demand of resources.
We analyzed the risk-weighted flow by combining the resource logistics database and Input Output model. The estimated results shed light on how resource
logistics prepare policy makers and R&D engineers to confront the risks behind resource usage and how the information should be shared among
stakeholders.

リントを評価する。本研究は、ベジタリアンの仏教徒、ラクトベジタ
リアンのヒンズー教徒、非ベジタリアンのイスラム教徒およびキリスト教徒における宗教的な食べ物の制限がインド亜大陸の食品窒素フット
プリントにどのような影響を与えるかに焦点をあてている。本研究は窒素フットプリント計算のための宗教に敏感なボトムアップ・アプロー
チを開発し、インド亜大陸の事例に適用した。研究に必要な食品消費データは、既存文献およびデータベースから収集した。研究結果は、環境中の窒素損失が少ない食事を促進することにより、食品窒素フットプリントをより大きく制御する可能性を倫理的および精神的な食品

垂直農法の導入による野菜消費に基づく
窒素・リンのフットプリント分析
窒素・リンのフットプリントは、人間活動により環境中に排出される

Nitrogen and phosphorus footprint analysis
based on vegetable consumption byintroducing vertical farmingのフットプリントの削減に有効であることが示された。

Nitrogen and phosphorus are essential elements in agriculture, whereas
environmental release is the reason for water and soil degeneration, alongwith population growth and urbanization. Nitrogen and phosphorus
footprints are quantitative indicators for environmental emissions of
nitrogen and phosphorus based on consumption. In Japan with low foodself-sufficiency, relying on imported products to meet crop demand also
causes global environmental load. Vertical farming is a new idea focusedon sustainable agricultural cultivation. Vertical farming is an indoor
method of growing plants with controlled nutrimental solution and water
resources reused on several layers. This study evaluated the nitrogen andphosphorus footprint that results from consumption of vegetables thatwere frequently imported in 2018 by comparing vertical farming withconventional farming at Miyagi, which was damaged by the Great East
Japan earthquake in 2011 (Fig.1-2). The results showed vertical farming
could help reduce the nitrogen and phosphorus footprint.

Fig.1 Nitrogen footprint reduction in 2018 withintroducing vertical farming

Fig.2 Phosphorus footprint reduction in 2018 withintroducing vertical farming

窒素とリンの総量であり、窒素・リン負荷に対する消費者影響の指標
等として利用できる。窒素とリンは作物生産に必要な栄養素である。
一方、作物生産の増量の為に使用された窒素・リンの余剰分が水質・土壌に大量排出され汚染源となっている。食料の需要量を満たすために、輸入品に頼ることも地球環境負荷をかけている。そのため、垂直農法は、新たに持続可能な作物栽培法として注目されている。垂直農法とは、土を使わず、人口的に作られた栄養液を与え作物を室内で栽培する農法である。本研究では、2011 年に東日本大震災で被害を受けた宮城県において、従来の農法と比較し、垂直農法の導入により2018 年の輸入率の高い野菜の消費に基づく窒素・リンのフットプリ
ントを評価した（Fig.1-2）。本研究の結果から垂直農法は窒素・リン

26 Coexistence Activity Report 2020

タブーを説明するのに役立てる (Fig.4)。

インドネシアにおける石炭資源利用の
ライフサイクルアセスメント
インドネシアでは、石炭鉱 業におけるライフサイクアセスメント(LCA) の適用は依然として困難である。LCA の石炭鉱業に関する既存研究は、エネルギーおよび資源の使用、地球温暖化への影響に焦点を当てたものが多い。特に石炭生産段階では、探査から炭鉱閉鎖、廃炉に至るまで環境に影響を与える可能性のある鉱業プロセス全体を見落とす可能性がある。本研究は、インドネシアで石炭生産ために採掘段階で使用される土地、水、エネルギー、材料などの資源関連のインプットを評価することを目的とする。気候規制、生物生産、浸食

Food Nitrogen Footprint of the Indian
Subcontinent: Perspectives of Religious Food
CulturesNitrogen (N) is an essential nutrient for all living organisms. Excessive N
loss in air and water can cause both environmental problems (e.g., acid rain
and ozone-layer depletion) and human health problems (e.g., respiratory
issues). This study estimated the food N footprint of the Indian subcontinentconsidering diversified religious food cultures. This study focused on theways religious food restrictions of vegetarian Buddhists, lacto-vegetarian
Hindus, and non-vegetarian Muslims and Christians affect the food N
footprint of the Indian subcontinent. This study developed a religionsensitive bottom-up approach to calculate the N footprint and applied it toa case study of the Indian subcontinent. The food consumption data werecollected from secondary literature and databases. The findings will help
explain the ethical and spiritual food taboos that might lead to greater
control over the food N footprint by promoting diets with lower N loss tothe environment.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

新興国の人口増大ならびに経済成長に伴う鉱物資源需要、先進国におけるグリーンエコノミーを実現するための革新技術を支える希少資源需要

先進社会環境学専攻

サプライチェーンを通じた資源利用と関連するリスクの可視化

Life Cycle Assessment for Coal Resource
Utilization in Indonesia

The application of life cycle assessment (LCA) in the mining industry is
still challenging in Indonesia. Studies of LCA for mining have paid more
attention to energy and resource use and its effects on global warming
potential. Studies have focused on the coal production stage, but may haveoverlooked the entire mining process (i.e., from the exploration stage to theclosure and decommissioning stages) that potentially affects theenvironment. This study aims to evaluate resource-related inputs such as
land, water, energy, and materials used in the mining process to produce
coal in Indonesia. This study focuses on the effects on the ecosystem’s
services and life support functions, such as climate regulation, biotic
production, erosion regulation, resource competition and depletion, andwater availability and quality.

規制、資源競争、資源枯渇、水の供給と品質など、生態系サービスと生命維持機能への影響にも焦点を当てている (Fig.5)。

Fig.3 Poster presentation in the 2 nd
Academic Forum on Environmental
Studies, Tohoku University, Japan(Jiarui LIU(D2))

Fig.4 Poster presentation in the 2nd
Academic Forum on Environmental
Studies, Tohoku University, Japan(Aurup Ratan Dhar (D2))

Fig.5 The findings will help explaining the ethical and spiritual food taboos thatmight have a greater control over the food N footprint, by promoting diets withlower N loss in the environment.
Coexistence Activity Report 202027

寄附講座（DOWA ホールディングス） Endowed Division (Dowa Holdings Co., Ltd.)
Control of Environmental Materials
Geosphere Environment
Study of Functional Materials

環境調和型新素材の開発と、持続的な資源循環システムの構築を目指して教授 高橋 英志

教授 鳥羽 隆一

教授 白鳥 寿一

教授 井上 千弘

教授 駒井 武准教授 佐藤 義倫

准教授 齋藤 優子

准教授 藤田 哲雄

Professor

Professor

Professor

Professor

Professor

Associate Professor

Associate Professor

Associate Professor

Hideyuki Takahashi

Ryuichi Toba

Toshikazu Shiratori Chihiro Inoue

Takeshi Komai

Yoshinori Sato

Yuko Saito

Tetsuo Fujita[ 地圏環境政策学分野 ]DOWA 寄附講座は環境科学研究科と DOWA ホールディングス株式会社の包括的共同研究契約のもと 2004 年に開設した。我々は、工業化と高度消費社会の両方の観点において我々を取り巻く環境問題を解決するべく、・環境負荷低減を目指すエネルギー削減に特化した機能性材料およびそれらを用いた機構構造の創製に関する研究
・循環型社会を構築するべく電子電気機器廃棄物等からの資源リサイクル技術および社会システム構築などに関する研究
・循環の実施に伴って発生する管理すべき物質への対処法の研究

循環型社会構築に関わる研究
本分野では、循環型社会を構築する上での電子・電気機器廃棄物等からの資源リサイクル技術・社会システムに関する研究のほか、地圏環境における汚染物質の分離・分解・管理に関する研究を推進している。具体的には、経済原則により拡散した後に適正に処理・リサイを研究テーマにして研究活動を推進する。

クルされないことで環境の汚染物質となる E-Scrap や LiB などの製The DOWA Holdings Co., Ltd. Sponsored laboratory was inaugurated in FY 2004 and comes under the endowed division of the Graduate School ofEnvironmental Studies. The main study aim of our laboratory is to solve problems of environmental conservation while taking into consideration the
viewpoints of manufacturers and the high-consumption society. Research in this division is categorized mainly into (a) establishing processes of valuable
material resources released in society and controlling, recycling, and disposing of them efficiently and safely; (b) inventing the preparation of functional
materials that can nurture environmentally friendly engineering applications, such as electronic devices with less impact on the environment; and (c)methods for dealing with substances to be controlled in circulation.

品、金属・プラスチックといった素材について、新規分離・分解手法、管理技術ならびに過去の汚染を含む評価技術に関する研究を実施している。また、廃 PV パネルの収集からリサイクルまでのトータルネット
ワークの検討も行っている。このような資源循環に関わる事項は国内に限られない事柄であるため、欧米等の最新動向の把握や情報発信、および東南アジア諸国への啓発や共同研究を実施している。例えば電池に関する研究は、EU の Battery Directive（指令）と評価レポー[ 環境物質政策学分野 ]環境調和型材料の開発と応用研究
本分野は 2020 年度より新たな体制で研究活動をスタートした、環境調和型材料を中心とする研究開発、ならびに大学で行われている様々な研究情報収集を通じて、次世代の材料・デバイスの研究シーズの探索や、大学研究シーズと企業ニーズのマッチングを推進させる、ことを目的とした研究室である。例えば、溶液中に拡散したウィルスや重金属
イオンなどは簡単には回収できず、拡散により環境に対して大きな影響を及ぼす。この様な対象に対して、簡単簡便に回収する手法の一つとして磁気ビーズが開発されている。この材料は、図１に示す様に、特定の官能基等を表面に付着させた磁性粒子の形態を有し、官能基等の種類を変更することで様々な物質を対象とすることが可能である。我々の研究室では、この材料を更に高機能化するために、水溶液中にて金属錯体の状態を制御し、還元反応電位と速度を制御する技術開発を通じて、
低環境負荷で簡単簡便な装置のみを用いて、コアとなる高特性材料を常温で開発することを試みている。今後、本材料を用いて、様々な対[ Control of Environmental Materials ]Development of the Environmental-friendly
Materials and its application
Starting this year (2020), our laboratory is mainly focusing on thedevelopment of the environmental friendly materials and their application.
Moreover, we try to research and match the academic seeds and company
needs. For example, virus and/or heavy metal ions, which are widely
splatted to environmental conditions, are seriously affected by our society
because they are difficult to collect. To solve these problems, magnetic
beads were developed recently. As shown in the Fig. 1 schematic drawing,
the specific functional groups, which are attached on the new material’s
surface, interact with the specific substance. In our laboratory, to develop
the highly effective magnetic bead, well-stabilized core materials with thehigh performance are synthesized under room temperature conditions byusing simple equipment and by controlling the reaction potential throughthe management of the metal complex condition in an aqueous phase. We
are planning to check these abilities for the collection of various pollutant
materials and present these results in international/domestic conferences
beginning next year.

トを精査し、改正へ向けた動向を把握した。

[ 環境材料政策学分野 ]

環境負荷低減に関わる研究
資源のリサイクルや資源回収の研究分野において、目的とする元素の種類や回収率向上のみならず、共存する不純物の安全かつ経済的な分離濃縮・固定化技術の開発も、大変重要な研究課題である。
当研究分野では，資源開発や製錬事業に係る環境政策の提案を目指して、環境浄化，特に製錬事業に関わる環境修復技術の開発とその展開を進めると共に，環境リスク管理に係る研究および連携研究・調査を進め、さらに環境調和的な資源開発に関わる研究開発を進めることを検討している。具体的には、銅・亜鉛・鉛を始めとする非鉄金属製錬業における副産物としてのヒ素・カドミウム・水銀等について、経[ Geosphere Environment ]Research for the Circular Economy
We are mainly focusing on the development of recycling technology andsocial systems about waste electrical and electronic equipment (WEEE),
as well as controlling contaminants in geosphere environments. Although
it is difficult to construct proper regulations, we can put the experience ofstudying the EU regulation framework. In addition, we have conductedawareness-raising and joint research projects in Southeast Asian countries.
In particular, we are investigating new separation and decomposition
methods and management and evaluation techniques for products, such as
E-Scrap and LiB, and materials, such as metals and plastics, which arepollutants in the environment. We are also investigating a total networkfrom collection to recycling of waste PV panels.

[ Study of Functional Materials ]Study of reducing environmental impact
for raw material production

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Towards Establishing Environmentally Materials and
New Material Circulation Systems.

先進社会環境学専攻

環境物質政策学分野
地圏環境政策学分野
環境材料政策学分野

For resource recycling, an important research subject is the development oftechnologies for the separation and immobilization of accompanying
undesirable impurities, as well as the development of smelting technologies
to improve the recovery rate from the viewpoint of environmental issues. In
this research field, with the aim of advocating environmental policies
regarding resource exploitation and metallurgical projects, we are studying
the development and deployment of environmental remediation technologies
related to metallurgical operations, as well as conducting collaborative
research and surveys related to environmental risk management and further
research and development related to environmentally harmonious resource
exploitation. Specifically, we are conducting research and surveys on
arsenic, cadmium, and mercury as by-products in the nonferrous metalsmelting industry (copper, zinc, and lead) from technical and social
perspectives, with the aim of developing advanced technologies for theireconomical and stable management.

済的かつ安定的な管理技術の高度化を目指し、技術と社会の両面から研究・調査を行っている。

象物質を回収可能な材料を開発し、実際に環境負荷物質等の回収試験等を試みる。また、本年度はコロナウィルスの影響で学会等での発表は出来なかったが、次年度以降は広く発信していく予定である。

Fig.1 Schematic drawing of the mechanism of magnetic bead.

28 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Survey research on the actual situation regarding E-waste.

Fig.3 Platform for the recycling of secondary plastic resources.

Fig.4 Overview of Dowa’s arsenic-fixation process.
Coexistence Activity Report 2020

29

連携講座

Collaborative Divisions

環境リスク評価学分野（産業技術総合研究所） Environmental Risk Assessment「安全・安心」な地熱エネルギーの利用を目指して
Studies for utilization of safe and secure geothermal energy

客員教授 浅沼 宏

客員教授 張 銘

客員准教授 坂本 靖英

Professor

Professor

Associate Professor

Hiroshi Asanuma

源環境研究部門（つくば）所属の研究者が兼務し、教育・研究活動を行っている。現在、本講座では先進社会環境学専攻および先端環境創成学専攻の教員・学生と連携し研究教育活動を行うとともに、経済産業省、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）、石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）等からの委託を受け共同研究を実施している。

Yasuhide Sakamoto

Ming Zhang（2020 年 3 月まで）

適正な地熱開発手法に関する研究
NEDO からの委託を受け、温泉と地熱発電の関連に関する科学的ポテンシャル評価のための新技術の開発を実施している。

Monitoring systems for hot springs using AI-IoT technologies, whichenables us to collect scientific data for proper development, has been
conducted in the lab. The development of new technologies for geothermal
resource evaluation has been funded by JOGMEC.

被災地企業の技術支援

Technological support of local industries

基礎データ取得・評価のための AI-IoT 温泉モニタリングシステムのThe members of the Environmental Risk Assessment (AIST Collaborative Laboratory) team are carrying out studies to enhance safe and secure utilizationof geothermal resources, mainly by investigating technologies for ultra-resolution reservoir monitoring and rock-mechanical simulation of hydraulicfracturing/stimulation. Major research activities in 2020 included (a) scientific and engineering studies for large-scale power generation from subductionorigin “Supercritical Geothermal Resources”; (b) simulation, microseismic monitoring, and rock mechanical studies for monitoring and management ofengineered geothermal systems (EGS); (c) development of an AI-IoT monitoring system of environmental burden associated with geothermal development;and (d) studies on social acceptance of geothermal development. Furthermore, technology development to simulate industries in areas stricken by the 2011
earthquake have been conducted.

開発を行っている。また、JOGMEC からの委託を受け、地熱資源の復興予算を使用して、被災地企業が有する地熱関連技術シーズの実用化支援を実施している。

国際貢献、社会貢献、他研究機関との連携等
超臨界地熱開発に関する研究
国内外の研究者と連携して、沈み込み帯に起源を有する超臨界地熱資源による発電の可能性を探っている。2040 年以降に国内総容量数
10GW 以上の商用発電を実現するために、NEDO からの委託を受け、科学的、技術的、経済的視点からの実現可能性詳細検討・国内数地点を対象とした試掘への詳細事前検討や AI による資源量評価技術の開発を実施している。

微小地震や自然電磁波による地熱貯留層の高度モニタリング福島県柳津西山地熱フィールドで、貯留層への涵養注水時の微小地震を連続実施し、これにより、貯留層への注水の効果をモニタリングしている。また、国内外の地熱フィールドで取得した微小地震に散乱・反射解析技術等の最先端技術を適用し、貯留層内での流体挙動の把握を実現するとともに坑井近傍に存在する高透水性亀裂の超高分解能探査技術の実現を目指している。

Fig.1 Model of supercritical
geothermal system in US

30 Coexistence Activity Report 2020

Research on supercritical geothermal
resources
Members of the laboratory have been investigating the feasibility of power
generation using supercritical geothermal resources, which have an origin
in the subduction of oceanic plates, in cooperation with scientists andengineers worldwide. With funding from NEDO, detailed feasibility
studies have been conducted to establish‘to establish a total capacity of 10
to 20 GW in/after 2040 from scientific, engineering, and economic
perspectives. The application of AI technologies to evaluate structuresinside the supercritical geothermal systems is also underway.

Microseismic and magneto-telluric
monitoring of geothermal reservoirs
Microseismic/microearthquake (MEQ) monitoring of geothermal reservoirs
associated with treatment injection has been carried out at YanaizuNishiyama Geothermal Site in Fukushima since 2015 to reveal thereservoir’s response to water injection. Modern techniques in seismic
signal processing, including reflection and scattering analyses, have been
applied to MEQ data sets from various geothermal sites worldwide, andfluid behavior inside/around the geothermal reservoirs has beensuccessfully imaged.

Fig.2 Simulation of production
process of EGS

Fig.3 Field test of binary power plant
for hot springs

Research on proper development ofgeothermal resources● 国際貢献ドイツ、米国、イタリア、アイスランド、ニュージーランド等の国立研究所、大学、民間企業との国際共同研究を行っている。
● 社会貢献・社会連携
浅沼：J-DESC 陸上掘削部会執行部委員、NEDO 技術委員、JOGMEC 委員、福島県における地熱資源開発に関する情報連絡会専門家部会委員、日本地熱学会評議員、同総務委員等● 他研究機関との連携
GFZ、LBNL、LLNL、BNL、SNL、USGS、BRGM、ベルリン自由大学、チューリッヒ工科大学、MIT、PSU、ITB、ISOR 等● 自治体、NPO 等との連携
福島県、山形県、郡山市、気仙沼市等● 小中学校等との連携
浅沼：中学校でのエネルギー環境教育教材作成支援、出前授業（1 回）

Fig.4 Remote monitoring system of hot springsfor coexistence of geothermal power generationand hot springs

Technological support for startups of seeds in local industries in areas
damaged by the 2011 earthquake and tsunami has been carried out.
Geothermal-related technologies have been cultivated under this scheme.

Contribution to international/society
and collaboration with other organizations

Department of Environmental Studies for Advanced Society

当講座は国立研究開発法人産業技術総合研究所・福島再生可能エネルギー研究所（FREA）・再生可能エネルギー研究センター、および地圏資先進社会環境学専攻(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)● International contribution
International contributions have been made to partners in Germany, theUS, Italy, New Zealand, and Iceland, mainly in the area of ultra-hightemperature geothermal development.
● Social contribution
Prof. Asanuma has been a board member of international/domestic
scientific drilling projects. He has also been an evaluation/advisorycommittee member for governmental agents and local communities.
● Collaboration with other organizations
The laboratory is collaborating with domestic/foreign laboratories,
universities, and industries. Mutual visits, web communication, and joint
publication are actively done.
● Collaboration with local communities
Collaboration with local communities, mainly in northeast Japan (Tohoku),
in the area of education of children and students has a long history in thelab. Prof. Asanuma made one “delivery lectures” about renewable energy.

Fig.5 Data of hot spring transferredthrough internet

Fig.6 Scanning head of borehole scannerfor geothermal well

Coexistence Activity Report 202031

都市環境・環境地理学講座
環境地理学分野

Urban Environment and Environmental Geography

Environmental Geography

地理学的視点から多様な人間－環境関係を解明する
Understanding Diverse Human-Environment Relationships
from Geographical Perspectives

教授 中谷 友樹

准教授 埴淵 知哉

助教 関根 良平

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Tomoki Nakaya

本研究分野では、様々な空間スケールにおいて変化を続ける地域社会の実態を、地理情報科学の分析技法や社会調査、フィールドワークを通して明らかにし、そこに展開する人間－環境関係のあり方や、地域的課題の発生メカニズムについて検討している。ただし、対象を自然環境に限定
せず、むしろ社会的に形成されてきた建造環境、社会環境に着目し、健康、犯罪、貧困、食等の地域的課題における人間－環境関係の地理学的研究を実施している。加えて、地理情報科学における空間統計分析、空間的数理モデル、地理的視覚化、データ融合等に関する諸技法の方法論的研究を行っている。

Tomoya Hanibuchi

Ryohei Sekine2020）。
（b）：東京都心部を対象に、インターネット調査によって高密度な標本収集をおこない、近隣レベルの地域指標と結合したマル
チレベル分析の可能性を提示した（埴淵ほか 2020）。
（c）：国勢調査の不詳率が、東京都心部では中年層などにおいて顕著に高い傾向を示した（Hanibuchi and Yamauchi 2020）。

In this research group, we study diverse conditions and the changing states of local human societies at various spatial scales; we use spatial-analysis
techniques from geographic information science, social survey methods, and fieldwork to understand the development of human-environment relationships
and the mechanisms that generate local challenges. However, it should be noted that this environment is not limited to the natural environment; rather, we
focus on the built and social environments. We conduct studies on the associations that regional problems (e.g., health, crime, poverty, and food access)have with the many facets of such environments. In addition, we conduct methodological studies of the analytical techniques that are used in geographic
information sciences, including spatial statistics, spatial mathematical modeling, geographic visualization, and data fusion.

空間解析
本研究分野では空間データ解析の技術開発を含む方法論的な研究とその各種の事例研究も実施している。時空間的なイベントの発生傾
向を 3 次元的に視覚化する時空間カーネル密度推定を応用して、ク
ラウド GIS 上で配信する「新型コロナ時空間 3D マップ」を JX 通信
社との共同研究で開発した (Fig.3) ほか、NHK に関連する技術提供

健康地理学
本研究分野では、地理的な環境との関連性や空間的な社会格差（Fig.1）の視点から、健康の地理学的な分析を実施している。地理的剥奪（Hanibuchi et al., 2020）, walkability 等の近隣の地域資源
へのアクセス（Koohsari et al., 2020）、通り景観（Nagata et al.,2020）、沿岸の自然環境（Tashiro et al., 2020）など多様な居住地
身体活動についての総説（中谷・埴淵 , 2019）は不動産学会の論文賞を受賞した。また、本年度では COVID-19 の流行状況、緊急事態
宣言の影響を含む予防行動や健康行動の変化などを明らかにする研究を継続的に実施した。

調査方法論に関しては、（a）地域環境の新たな測定方法、（b）居住者に関する新たな個票データの収集方法、そして（c）公的統計調査の信頼性に関する基礎研究を進めた。
（a）：Google Street View
から取得した景観画像の構成要素を機械学習によりデータ化し、それをもとに歩きやすさの評価モデルを構築した（Fig.2 : Nagata et al.,Fig.1 Book cover of “the Atlas of Health Inequalities in Japan”(Nakaya, T. and Ito, Y. eds., Springer, 2019)32 Coexistence Activity Report 2020

Methodology of regional and social surveys
We conducted basic research on (a) new ways of measuring the local
environment, (b) new ways of collecting individual data on residents, and (c)the reliability of official statistical surveys. (a) We constructed a model forevaluating walkability based on machine learning data of the components oflandscape images obtained from Google Street View (Fig. 2: Nagata et al.,2020). (b) With a high-density internet survey in central Tokyo, thepossibility of multilevel analysis by combining neighborhood-levelindicators was proposed (Hanibuchi et al., 2020). (c) We showed that the rateof missing information in the census was substantially higher among
middle-aged people in central Tokyo (Hanibuchi and Yamauchi 2020).

Fig.2 Machine-learning based streetscape walkability scoring(Source: Nagata et al., 2020, Health and Place 66:102428)

在機会モデルの開発（Kotsubo and Nakaya, 2021）、都市圏の人口分布構造にみられる変化の類型化（神田ほか , 2020）、鉄道路線
廃止の地域的影響評価（佐川・中谷 , 2020）、公園へのアクセスの環境的公正（Yasumoto and Nakaya, 2020）等、基礎的な地理学的分析研究を蓄積した。

モンゴル国ウランバートルにおけるフードシステム
モンゴルでは、とりわけ首都であるウランバートルに人口が集中し都市化が進展している。しかし他の新興国と異なるのは、伝統的に肉が主食であり、フードシステムには経済発展によって肉の消費量が増加している他国とは異なる特徴がみられる。ウランバートルでは小Food Supply System and Food Procurement
Behavior in Ulan Bator, Mongolia
In Mongolia, the population is particularly concentrated in Ulan Bator, thecapital, and urbanization is progressing. However, Mongolia has
traditionally had meat as a staple food, and the food system has different
characteristics from other emerging countries where meat consumption isincreasing due to economic development. Many small supermarkets andmarketplaces have supported the food supply to citizens in Ulan Bator.
Because of current economic development, huge shopping centers similar
to developed countries are emerging in Ulan Bator to meet the demands ofwealthy people. This research clarifies the food supply system and theresidents’ food procurement behaviors in Ulan Bator.

さなスーパーと「ザハ」と呼ばれる市場が市民への食料供給を支えてきた。また、需要の増大に応えるために、ウランバートルでは先進国

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

地域・社会調査の方法論

This research lab has conducted a geographical analysis of health in termsof its relationship to the geographical environment and the spatial aspect ofsocial inequality (Fig.1). Published studies consider associations of healthwith various environmental aspects of a neighborhood including areadeprivation (Hanibuchi et al., 2020), access to local resources (Koohsari etal., 2020), streetscape (Nagata et al., 2020), and coastal natural environment(Tashiro et al. 2020). A review paper of walkability and physical activity(Nakaya and Hanibuchi, 2019) was awarded a prize by the Japan
Association for Real Estate Sciences. Throughout this academic year, we
also continued to conduct research to clarify the geographical distributionsof COVID-19 and changes in preventive and health behaviors, including
the impact of the state of the emergency.

を実施した。また、カーネルを利用した空間的相互作用の新しい介This lab also carries out methodological research, including thedevelopment of techniques for spatial data analysis and their empiricalapplications. Employing spatiotemporal kernel density estimation, which
visualizes the tendency of spatiotemporal events in a 3D space, wedeveloped the “COVID-19 Space-time 3D Map,” disseminated on a cloudGIS in collaboration with JX Press Corp. (Fig. 3), and provided related
technology to NHK. In addition, we have accumulated basic analytical
geographic research as application studies, such as the development of a
new intervening opportunity model of spatial interaction using kernels(Kotsubo and Nakaya, 2021), a typology of changes in the structure of
population distribution in urban areas (Kanda et al., 2020), an assessmentof the regional impact of the abolition of railway lines (Sagawa andNakaya, 2020), and the environmental equity of park access (Yasumoto
and Nakaya, 2020).

と同様の巨大なショッピングセンターが数々出現している (Fig.4)。この研究は、ウランバートルにおける、特に伝統色である肉類の食料供給体系を含めたフードシステムの特徴と、住民の食料調達行動について明らかにするものである。

Fig.3 Screenshot of the COVID-19 Space-time 3D Map(https://nakaya-geolab.com/covid19-stkd/japan/)

先端環境創成学専攻

域の環境特性と健康の関連に関する研究成果を得た。Walkability とHealth Geographies

Spatial Analysis

Fig.4 Distributions of supermarkets and marketplaces in Ulan Bator, Mongolia.

Coexistence Activity Report 202033

太陽地球システム・エネルギー学講座

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

資源利用プロセス学分野 / 資源分離・処理プロセス学分野
Process Engineering for Advanced Resources Utilization/ Resource Processing and Recovery Engineering

資源の高度利用・環境保全のためのプロセス研究
Process Engineering Research for Advanced Resource Utilizationand Environmental Conservation

教授 葛西 栄輝

准教授 村上 太一

助教 丸岡 大佑

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Eiki Kasai

Taichi Murakami

Daisuke Maruoka

本研究室では、社会的インパクトが大きい基幹素材の製造やリサイクルプロセスに対して、高効率化と低環境負荷化を同時達成可能な革新的技術
原理の探索を目的としている。特に高温反応が関与する製銑プロセス（Fig.1）において、基礎から実機レベルに至る幅広いテーマについて研究を相が金属鉄まで還元された割合に相当する。同じ針状組織において推進している。例えば、高炉製鉄に適した原料予備処理法の検討や、製銑プロセスからの CO2 排出削減、バイオマスの有効利用等の研究を行っも、1H-ACF は M-FCF より高い金属化率を示しており、1H-ACF はている。さらに、多孔質鉄粉の酸化還元反応や自己治癒セラミックス等に関する研究開発も行っている。

M-FCFより水素還元に適した鉱物相であるといえる。本研究において、水素利用製鉄に適した鉱物相を明らかにした。

The laboratory aims to develop innovative technological principles leading to simultaneous achievements of higher process efficiency and lower environmentalload in the manufacturing and recycling processes of base materials, which will give significant impacts on our future society. The laboratory investigates awide range of research from fundamental to practical levels of the ironmaking process (Fig.1), for example, the preparation of high-quality burdens of the blast
furnace, reduction of CO2 emissions, and utilization of biomass. Further, the research and development of the oxidation/reduction reaction of porous ironpowder and self-healing ceramics are performed.

金属鉄粒子の高温酸化反応を利用した
自己治癒セラミックスの開発
構造用セラミックスは高い高温強度、耐摩耗性を有する材料であるが、材料表面のき裂の存在により強度信頼性が著しく低い。そこで、セラミックス基複合材料において、分散材の酸化によりき裂を消滅（治高水素条件に適した鉄鉱石塊成鉱の製造技術開発
製銑工程では、鉄鉱石から溶銑（溶融鉄 - 炭素合金）を製造する際に多量のコークスが使用されているため、二酸化炭素排出量の大幅な削減が求められている。それを可能とする技術の一つとして、鉄鉱石
還元材としての水素利用が検討されている。水素は石炭乾留時に副次的に生成されるため、製鉄所内のエネルギーフローを調整することにより、還元材としての利用が可能である。一方、水素の総括還元反応
高水素濃度において低温で高い被還元性を有する原料が求められる。
我が国では主に粉鉄鉱石を塊成化した原料 ( 焼結鉱 ) を高炉に装入している。焼結鉱中の主な鉱物相はヘマタイト、マグネタイト、スラグおよび人工鉱物であるカルシウムフェライト (CFs) からなる。CFs は形
態や化学組成により針状及び柱状に大別され、さらに共存する組織によっても分類が可能であると考えられる。また水素による被還元性も結鉱の還元挙動と焼結鉱中の鉱物相の関係について検討した。
Fig.2 に焼結鉱の断面組織写真を示す。鉄鉱石の残留した 1 次ヘマ
タイト（1H）と共存する針状 CF（1H-ACF）やマグネタイト（M）と共存する M-FCF 相などが観察された。Fig.3 に 1000℃まで還元した焼結鉱中の各 CF の被還元性（金属化率）を示す。金属化率は各鉱物

Ni が提案されているが、1000℃、1 h 程度の大気中熱処理が必要である。そこで本研究では Fe 粒子に着目した。Fe は Ni より卑な金属であり、比較的容易に酸化される。より低温で自己治癒が発現可能であれば、自動車のディスクブレーキへの応用等が期待される。そこで本年は Fe 粒子を分散させたセラミック複合材料の強度回復挙動について検討した。
Fig.4 および Fig.5 に 900℃、1 h で大気中および Ar - 3 ％ H2 雰囲
気で熱処理した試料の表面 SEM 像を示す。破線部はき裂導入に用いたビッカース圧痕に相当する。大気中熱処理した試料のき裂は大部分が酸化物で覆われており、その酸化物は X 線回折の結果によりヘマタ
イト（Fe 2 O 3）であると考えられる。一方、還元性雰囲気である Ar- 3 % H 2 中で熱処理した試料は酸化物の生成は認められない。Fig.6に各試料の曲げ強度を示す。平滑材（As-polished）に対して、き裂を導入した予き裂材（As-cracked）は曲げ強度が低下している。
Ar-3 %H 2 雰囲気で熱処理した試料の曲げ強度は As-cracked とほ
とんど同じ値である。一方、大気中熱処理した試料は As-polishedの 78 % まで強度が回復している。結果として比較的低温の 900℃で強度回復が可能であることを明らかにした。

Fig.2 shows cross-sectional images of the sinters. In the right figure,primary hematite (1H), which means original iron ore, and acicular

Structural ceramics show significant high-temperature strength and wear
resistance. However, their strength reliability is quite low due to thepresence of surface cracks. Therefore, self-healing ceramics that heal
cracks through the oxidation of the dispersoids have been proposed in
ceramic-based composite materials. SiC and Ni have been proposed as
dispersoids, however heat treatment at 1000 °C for 1 h is required. This
study focused on utilization of Fe particles. Fe is more easily oxidized thanNi. If self-healing can occur at lower temperatures, it is expected to be
applied to automobile disc brakes. In this year, strength recovery will be
investigated on a ceramic matrix composite dispersed with Fe particles.
Fig.4 and 5 show the SEM images of the sample surface heat-treated at
900 °C for 1 h in the air and Ar-3% H 2 atmosphere. The broken line
corresponds with the Vickers indentation used for crack introduction.
Most of the cracks of the sample heat-treated in the air are covered withoxides, which is considered hematite (Fe2O3) through X-ray diffraction.
On the other hand, no oxide formation is observed in the case of Ar-3% H 2 ,which is a reducing atmosphere. Fig.6 shows the bending strength of eachsample. Compared to the smooth sample (As-polished), the pre-cracked
sample (As-cracked) has a lower bending strength. The strength of thesample heat-treated at an Ar-3% H 2 atmosphere is comparable to those of
the As-cracked ones. On the other hand, the strength of the sample heattreated in the air is recovered up to 78% of the As-polished ones. As aresult, it is clarified that the mechanical strength can be recovered at a
relatively low temperature of 900 °C.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

各鉱物相で異なると予想される。そこで本年は、高水素濃度下の焼Significant reduction of carbon dioxide emissions has been required of theiron and steel industry, as a large amount of coke made through thecarbonization of coal has been used to produce hot metal (liquid iron–carbon alloy) from iron ore in the ironmaking process. Use of hydrogen asa reducing agent is a promising way to decrease the amount of carbon
dioxide emissions. Hydrogen is available in the integrated steelmaking
plant because it is a by-product of the coke-making process. On the other
hand, it will lead to the decrease in temperature of raw materials because
the reduction of iron ores by hydrogen is an endothermic reaction.
Therefore, a higher reducibility of the iron ore burden at lower temperatureis required in a high hydrogen condition. The main iron burdens ofJapanese BF are iron ore agglomerates (iron ore sinter). It is known that themain mineral phases of sinter are hematite, magnetite, slag, and calcium
ferrites (CFs) which is an artificial mineral. CFs can be sorted as acicularand columnar by shape and chemical composition, and CFs can be further
classified by the coexisting structure. Moreover, the reducibility of CFs byhydrogen is considered different. In this study, the effects of mineralphases on the reduction behaviors of the sinter for high concentrationhydrogen reduction are being investigated.

癒）させる自己治癒セラミックスが提案されている。分散材は SiC や

Development of Self-healing Ceramics
utilizing High Temperature Oxidation of Fe
Particles

先端環境創成学専攻

は吸熱となるため、還元時の原料低温化が懸念される。したがって、Development of the Production Technologyof Iron Ore Agglomerates Suitable for High
Hydrogen Conditions

calcium ferrite (1H-ACF) are observed. In the left figure, magnetite (M)and fine calcium ferrite (M-FCF) are observed. Figure 3 shows thecomparison of reducibility (metallization degree) of CF phase in the sinterreduced up to 1000 °C. The metallization degree corresponds to the rate at
which each mineral phase is reduced to a metallic iron. 1H-ACF showshigher metallization degree than M-FCF, and it indicated that 1H-ACF is
the mineral phase more suitable for hydrogen reduction than M-FCF. In
this study, the mineral phase suitable for the hydrogen ironmaking process
was clarified.

Fig.2 Cross sectional images of the sinter.
Fig.1 Strategy to reduce CO2 emissions
from the ironmaking processes.

34 Coexistence Activity Report 2020

Fig.3 Metallization degree of calcium
ferrite phases reduced up to 1000°C.

Fig.4 SEM images of sample surface ofheat treated at 900°C for 1 h in air

Fig.5 SEM images of sample surface of heattreated at 900°C for 1 h in Ar-3%H2

Fig.6 Bending strength of each sample

Coexistence Activity Report 202035

太陽地球システム・エネルギー学講座
地球システム計測学分野

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Earth System Monitoring and Instrumentation

大気中のオゾン等微量成分の変動の研究

准教授 村田 功

Variations of ozone and related trace species in the atmosphere

Isao Murata

Associate Professor

当研究室では、「グローバルな大気環境変動」をキーワードに、オゾン減少問題や地球温暖化など、地球規模の環境変動に関わる大気中の微量成分の観測的研究を行っている。2020 年は、つくばにおけるフーリエ変換型分光器（FTIR）観測による HCl, HF の経年変化の解析や、オゾ比較した。Fig.1 に HCl のつくばと陸別における増加率の経年変化をン高度分布の検証などを行った。

示す。ここではある年を中心に前後 2 年、計 4 年分のデータにフィッTemporal variations of the total columns of hydrogen chloride (HCl) and hydrogen fluoride (HF) were observed with Fourier Transform Infrared
Spectrometer (FTIR) at Tsukuba. We also retrieved profiles of ozone and validated the results using osonesonde observation by the aerological observatory,
Japan Meteorological Agency (JMA).

ティングした増加率をその年の増加率としている。つくばと陸別では観測期間に違いがあるものの、両者の重なっている 2003 － 2009
年、2016 － 2018 年の増減傾向はほぼ一致していることが分かった。
次に、つくばについて 3 次元化学輸送モデルの結果と比較したものがFig.2 であるが、これを見ると観測に見られる 2015 － 2017 年の増我々は国立環境研究所との共同研究として、つくばにおける FTIRによる観測を 1998 年より行っている。FTIR では太陽光の 2-15µmの赤外領域のスペクトルから大気中の多くの微量成分の高度分布等を調べることができる。同様の観測を行っている国際的な研究グループ
NDACC/IRWG (Network for the Detection of AtmosphericComposition Change/Infrared Working Group) では、各観測
ステーションの結果を総合して地球規模の変動要因を解明する研究を進めており、これまでにも HCl、CH4 等についての論文を共同で発表している。今年は新たに O3 の高度分布検証を行うとともに HCl、HFの解析も継続している。
大気中への塩素の放出量が減少したのに伴い 2000 年頃から減少傾向にある。一方、HF は HCl 同様フロンが主な発生源であるが化学的には安定なため力学輸送のトレーサーによく使われる。この 2 つの成分には数年毎に増減を繰り返す経年変化が見られておりこれは成層
圏循環の変化の影響であるが、これとフロン規制による効果の関係を
ここ数年調べている。今年度は、共同研究を行っている名古屋大学宇HCl is a good indicator of the potential for ozone depletion, and its
concentration in the atmosphere decreased in the 2000s after
chlorofluorocarbon (CFC) regulations were introduced. CFCs are also an
HF source, and HF is a good tracer of atmospheric transport because it ischemically stable. These two species have shown increasing and decreasing
trends due to short-term dynamical variability in the northern stratosphere.
We are investigating the relation between the trends and the effect of CFC
regulation. This year, we compared our results with those observed at
Rikubetsu, Hokkaido, by the Institute for Space-Earth Environmental
Research, Nagoya University. Here, we show the results of HCl. Fig.1
shows the 4-year trend of HCl for Tsukuba and Rikubetsu. For example, thetrend for 2010 means the trend for 4 years from 2008 to 2011. Although theobserved periods are different for the two sites, the trends are consistent
between the two sites in 2003–2009 and 2016–2018. Fig.2 shows the
4-year trend of HCl at Tsukuba from observation and 3D chemical

りなく、その点でまずオゾンを用いて高度分布導出手法の妥当性を検ばや陸別で観測された 2015 － 2017 年の増加は話題となった違法なエミッションの影響と考えられ、引き続き解析を進めている。なお、
ここでは図は示さないが、HF についても同様の結果が得られている。
FTIR から導出した高度分布を検証するには気球や人工衛星による観測結果を利用するが、高精度の高度分布観測はオゾン以外ではあま討することは重要である。また、つくばの場合はオゾンゾンデ観測を行っている気象庁高層気象台がすぐ隣にあり、観測地の違いをほぼ考慮しなくてよいため高度分布の検証には最適である。Fig.3 に 2019年 10 月 2 日について FTIR 観測から導出した高度分布とオゾンゾン
デの結果とを比較した例を示す。オゾンゾンデ（赤点）は高度分解能
が数 m と高く、一方 FTIR（青線）では 10 km 程度と低いため、高度分解能を FTIR に合わせたもの（赤線）と比較することになるが、およそ 18-35 km の高度では 10% 以内で一致している。2019 年に同日観測のあった 15 日（58 スペクトル）について、0-9.8 km, 9.8-18.3

The HCHO results (reported last year) were used for the validation of the
TROPOMI instrument on board the Sentinel-5 Precursor satellite andpublished in Atmospheric Measurement Techniques (Vigouroux et al.,2020). Analysis of the HFC-23 in cooperation with Mr. Takeda and Prof.
Nakajima in the Global Environment Division were submitted to
Atmospheric Measurement Techniques.
Assoc. Prof. Murata serves as an evaluation committee member for theCenter for Health and Environment, Miyagi Prefectural Government, and heattended two committee meetings. This year, he also became a member of theenvironmental assessment technology examination committee for the Miyagi
Prefectural Government and attended more than 10 committee meetings.

km, 18.3-27.7 km の 3 層に分けて比較したところ、それぞれオゾン
ゾンデに対するパーシャルカラムの比が 1.02±0.05, 1.11±0.19, 1.03

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

宙地球環境研究所の北海道陸別における HCl、HF の観測結果とも

ン規制に従ったフロン類のエミッションを仮定していることから、つくBalloon and satellite observations are used to validate the retrieved profile
from the FTIR observation. However, there are not many accurate profile
observations, except for ozone. Therefore, it is important to investigate thevalidity of profile retrieval with ozone results. Furthermore, the Tsukubasite has an advantage, in that the ozonezonde site (JMA’s aerologicalobservatory) is located close to our site. Fig. 3 shows the comparison
example of the observed ozone profiles by FTIR and ozonesonde on
October 2, 2019. After the height resolution matching, the profile fromFTIR agrees within 10% between 18 and 35 km. Comparison for the 15-day(58 spectra) observations in 2019 shows the FTIR/sonde ratio of 1.02 ± 0.05,
1.11 ± 0.19, and 1.03 ± 0.05 for 0–9.8km, 9.8–18.3km, and 18.3–27.7km
partial columns, respectively, indicating good agreement within ~10%.

±0.05 となり、数 % から 10% 程度で一致することが確かめられた。
昨 年 報 告した HCHO の 結 果 は NDACC/IRWG メンバー によるSentinel-5 Precursor 衛 星 搭 載 TROPOMI 観 測 の 検 証 に 使 用
さ れ、 論 文 化 さ れ た (Vigouroux et al., Atmos. Meas. Tech.,2020) 。また、地球環境変動学分野（国立環境研究所）博士課程の武田君、中島教授と HFC-23 の解析を進めていたが、この結果をAtmospheric Measurement Techniques 誌に投稿することができた。
2015 年から宮城県保健環境センターの評価委員をしており、今年
も 2 回の評価委員会に出席して県保健環境センターが行っている研究の評価を行った。また、今年から新たに宮城県環境影響評価技術審
査会委員となり、近年申請の増えている風力発電事業を中心に 10 回
以上の審査会に出席している。

Fig.1 Temporal variation of 4-year trend of HCl
for Tsukuba and Rikubetsu.

36 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Temporal variation of 4-year trend of HCl at Tsukuba
from observation and 3D chemical transport model simulations.

先端環境創成学専攻

HCl は成層圏オゾン破壊の指標となる成分で、フロン規制によって加がモデルでは再現されていないことがわかる。このモデルではフロ
In collaboration with the National Institute for Environmental Studies, wehave investigated the temporal and spatial variations of atmospheric trace
species with solar infrared spectroscopy using FTIR at Tsukuba since 1998.
We have contributed to the activity of the Network for the Detection of
Atmospheric Composition Change/Infrared Working Group (NDACC/
IRWG) and collaborated on HCl, CH4 , and so forth. This year, ozone profile
validations were performed, and the investigation of HCl and HF continued.

transport model simulations. The simulation could not reproduce theobserved increase in 2015–2017. As this simulation used the emission
scenario according to CFCs regulations, the observed increase in 2015–2017 is supposed to occur due to illegal emissions. We will continue toanalyze HCl and HF.

Fig.3 Example of the comparison of the observed ozone
profiles by FTIR and ozonesonde on October 2, 2019.
Coexistence Activity Report 202037

太陽地球システム・エネルギー学講座
水資源システム学分野

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Urban and Regional Environmental Systems

水資源と水環境に関する研究
Researches on Water Resources and Environments

准教授 佐野 大輔

教授 李 玉友准教授 小森 大輔

Associate Professor

Professor （協力教員）

Associate Professor

Daisuke Sano

Yu-You Li

Daisuke Komori

水資源システム学分野では、世界の水問題を解決することを目指し、以下の研究に取り組んでいる。
1）下水疫学的アプローチによる COVID-19 早期検知システムの構築

性者数が欧米諸国と比べると 100 分の１程度である日本国内にお2）気候変動と土地利用変化が自然環境に与える影響評価手法の開発
3）地球温暖化と林業の衰退など森林の荒廃による流木発生メカニズムの解明
4）下水処理場における温室効果ガス発生と最適な浄化機能の解析

いて下水中から新型コロナウイルスの濃度を測定できるのか、測定できたとして、早期検知のために活用できるのか、という点であ

5）嫌気性消化槽にかかる排水処理と微生物群集動態の解明

る。１つ目の課題については、日本水環境学会の会長直属組織とし

Our research topics in 2020 were as follows.
1) System development of an early warning for COVID-19 centered on wastewater-based epidemiology
2) The development of evaluation approaches for the effect of climate change and land utilization change on natural environments
3) Mechanisms of flood wood generation caused by global warming and forest industry declination
4) The optimization of wastewater treatment and greenhouse gas emission5) Bacterial community structure in wastewater treatment and anaerobic digestion reactors

情報交換等により手法の改善を試み、陽性者が少ない地域からの下て 2020 年 5 月に設立された COVID-19 タスクフォースに参画し、水からでも感度よく新型コロナウイルスを検出可能な手法の構築に成功した。一方、２つ目の課題については引き続き検討中である。
現段階では、感染者のうち何 % が排出しているのか、感染のどの段
階で糞便中に排出され始めるのか、排出期間はどの程度なのか、さらには症状が全く出ない感染者（不顕性感染）はウイルスを排出しているのか、などの情報が得られておらず、早期検知システムの確

新型コロナウイルスの下水疫学
COVID-19 の世界的な流行は収束の気配すら見せていない。その中で、COVID-19 罹患者の動向を比較的容易に把握できる方策として「下水疫学」に注目が集まっている。COVID-19 の病原体である
コロナウイルス濃度を測定することで下水集水域における感染者数の動向を把握し、その地域の居住者に対する行動の制限などの行政判断の材料として用いようとするものである。
水資源システム学分野では、今回の COVID-19 に関する下水疫学調査に先立ち、仙台市建設局、山形大学および株式会社日水コンとの共同研究により、下水中ノロウイルス濃度に基づいて仙台市内の結果、下水処理場の入口で測定されたノロウイルス濃度がノロウ
イルス患者数の増加に伴って上昇することが確認され、現在は下水調査を利用したノロウイルス早期検知システム（水監視システム）を運用している。この水監視システムでは、未処理下水中のノロウイルス遺伝子濃度を継続的に測定し、増加が認められたらその情報をメールにて発信し、衛生的な行動を呼びかけることで感染性胃腸炎の流行を未然に防ぐことを目指している。現在は情報発信用のウェブサイトを開設し（Fig.1）、情報を受け取りたい人がメールア
ドレスを登録することで（Fig.2）、下水中濃度に関する情報が得られるようになっている。非流行期のウイルス濃度レベルから算出した情報発信濃度を超過すると、登録者に向けて注意喚起と感染予防対策に関するメールが届く仕組みとなっている。
今回、水資源システム学分野では、ノロウイルスに関する成功事例をもとに、早期検知システムを新型コロナウイルスへ拡張する
ことを仙台市建設局との共同研究により試みている。課題は、陽

38 Coexistence Activity Report 2020

伝播は、市中における感染者分布を不均一にすることが想像されることから、下水道管路網の上流に目を向け、コミュニティ単位や建物単位で調査して不顕性感染者が発生したコミュニティや建物を見つけて対応する形の方が、新型コロナウイルスに関しては有効かもしれない。その場合、対象となるコミュニティや建物の住民から、調査自体だけでなく、下水から新型コロナウイルスが検出された場合の情報の取り扱い方についても同意を得ておく必要があると考えられ、自治体及び住民との調整が重要と考えている。

Prior to this WBE study on COVID-19, the Laboratory of Urban andRegional Environmental Systems conducted WBE for norovirus through a
joint research with Sendai City Construction Bureau, Yamagata University,
and Nihon Suido Consultants Co., Ltd. As a result, it was confirmed thatthe norovirus concentration measured at the entrance of a wastewater
treatment plant increased with the increase in the number of norovirus
patients, and now the norovirus early detection system (water monitoring
system) using the sewage survey is in operation. This water monitoring
system continuously measures the norovirus gene concentration in
untreated sewage, and if an increase is observed, we send the informationby e-mail and call for hygienic behaviors to prevent an epidemic ofinfectious gastroenteritis. Currently, a website for disseminating
information is in operation (Fig.1), and people who want to receive
information can receive it and the sewage concentration by registering
their e-mail addresses on this website. When the virus concentration levelexceeds a non-epidemic period, the system sends an alert email (Fig.2) tothe registered people with infection prevention measures.
Based on the successful case related to norovirus, the Laboratory of Urban
and Regional Environmental Systems is trying to extend the early
detection system to COVID-19 through a joint research with the Sendai
City Construction Bureau. The question is whether the concentration of

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentの下水処理区域の感染症流行状況を把握することを試みてきた。そThe global epidemic of COVID-19 has not shown signs of convergence.
Recently, “Wastewater-based epidemiology” (WBE) has attracted
attention as a measure to grasp the trends in COVID-19 patients. As thesevere acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which isthe pathogen of COVID-19, is excreted in the feces of infected people, thenumber of infected people in the sewage catchment area can be estimatedby measuring the concentration of SARS-CoV-2 in sewage. The
information obtained from sewage can be used for administrative decisionmaking, such as requesting behavioral restrictions to the residences.

立には至っていない。COVID-19 の特徴であるクラスター型の感染

先端環境創成学専攻

新型コロナウイルスが感染者の糞便に排出されるため、下水中新型

Wastewater-based epidemiology
for COVID-19

the SARS-CoV-2 can be measured from sewage in Japan, where thenumber of positives is about one-hundredth that of Western countries, andif it can be measured, can it be used for early detection? Regarding the firstissue, we participated in the COVID-19 Task Force, which was establishedin May 2020 as an organization under the direct control of the chairman of
the Japan Society for Water Environment, and tried to improve the method.
We have succeeded in constructing a method that can detect SARS-CoV-2
with high sensitivity. On the other hand, the second issue is still underconsideration. Currently, there are unclear things that do not allow us toestablish an early detection system for COVID-19, including whatpercentage of infected people excrete SARS-CoV-2, at what stage of
infection SARS-CoV-2 starts to be excreted in feces, how long is theexcretion period, and do infected people who have no symptoms(subclinical) excrete the virus. It seems that the cluster-type infection
transmission of SARS-CoV-2 will make the distribution of infected people
uneven in the city, which suggests that we should look upstream of the
sewage pipeline network and in community units and building units. It
may be more effective for SARS-CoV-2 to investigate and find out thecommunities and buildings where the subclinical infections have occurred.
In that case, it is necessary to obtain consent from the residents of thetarget community and building regarding not only the survey but also how
to handle information when SARS-CoV-2 is detected in the sewage.

Fig.1 Top page of the water monitoring system.

Fig.2 Registration page of E-mail address for the water monitoring system

Coexistence Activity Report 202039

自然共生システム学講座

Environmentally Benign Systems

資源再生プロセス学分野

Recycling Chemistry

資源・物質循環型社会の実現を目指して教授 吉岡 敏明

准教授 亀田 知人

助教 熊谷 将吾

准教授 齋藤 優子

Aimed on the realization of a resources-material recycling society

Professor

Toshiaki Yoshioka

Associate Professor

Assistant Professor

Associate Professor

Tomohito Kameda

Shogo Kumagai

Yuko Saito

当研究室は、資源・物質循環型社会の実現を目指し、環境保全技術の研究・開発を行っている。例えば、高分子系廃棄物を付加価値の高い化
学原燃料に転換する化学リサイクルプロセス、塩化揮発法により焼却灰から重金属等の忌避物質を除去して資源化するプロセス、粘土化合物を用いた環境負荷となる排水・排ガス中の無機及び有機物質の除去および排水からの選択的レアメタル回収、錯形成物質およびイオン会合体を用いた◇ 受賞 ( 計 11 件 )◇ 基調・招待講演 ( 計 20 件 )放射性 Cs 汚染水および土壌の浄化プロセス等に着目している。

熊谷将吾

吉岡敏明

Our laboratory is engaged in the research and development of environmental preservation technologies to realize recycling of materials and resources
recycling in society. For example, we are focusing on a chemical recycling process for converting polymer wastes such as plastics into highly value-added
chemical feedstocks, a process for recovering heavy metals from incinerated fly ash using chloride volatilization, a process for removal of inorganic andorganic substances from wastewater and exhaust gas and for selective recovery of rare metals from wastewater using clay minerals, and a process forradioactive Cs-contaminated water and soil purification using complex-forming substances and ionic association.

・令和元年度 プラスチックリサイクル化学研究会

研究進歩賞

陸嘉麒

果たす役割と可能性 第 2 回シンポジウム

・ICWMT15

Award of Excellent presentation

・THE 6TH VIRTUAL CONFERENCE OF LOW CARBON
ON ASIA & BEYOND

BEST PRESENTATION

楊心怡・ Method for producing chemical raw materials by co-pyrolysis of plastic
and vacuum residue (Fig.1)
・ Method for producing chemical raw materials by co-pyrolysis ofbiomass and plastic
・ Investigation of the removal process of polymer additives from plastics
・ Development of poly(vinyl chloride) and copper recycling technology
from waste wire harnesses
・ Heavy metal removal from incineration fly ash by chloride volatilization
using poly(vinyl chloride)・ Development of pyrolysis-gas chromatograph/multi-detector forpolymer pyrolyzates analysis
・ UV degradation analysis of ethylene vinyl acetate copolymers
・ Synthesis of linear and cyclic sulfonic acid modified layered doublehydroxides and its adsorption properties (Fig.3)
・ Selective adsorption of CO2 using layered double hydroxides/oxides
and reaction system development of useful chemical synthesis fromadsorbed material
・ Synthesis of MnO2 /Mg-Al layered double hydroxides and evaluation of
its acid-gas removal performance・ Adsorption and decomposition of Bisphenol A by organic acid-modified
TiO2 (Fig.4)
・ Extraction and concentration of lead in contaminated soil by chelate
reaction・ Study of lactic acid adsorption for culture medium treatment

・プラスチックとバイオマスの共熱分解による化学原料化
・プラスチックからの添加剤除去プロセスの検討・使用済みワイヤーハーネスからのポリ塩化ビニル及び銅リサイクル法の開発
・ポリ塩化ビニルを用いた焼却飛灰からの重金属塩化揮発・ポリマーの熱分解反応解析に用いる熱分解 - ガスクロマトグラフ /マルチ検出器の開発
・エチレン - 酢酸ビニル共重合体の紫外線劣化解析
・直鎖および環状スルホン酸修飾層状複水酸化物の合成とその吸着特性 (Fig.3)
・層状複水酸化物または酸化物による CO2 の選択的吸着および吸着後材料からの有用化学品合成の反応系の開発
・MnO2/Mg-Al 系層状複水酸化物の創製と酸性ガス処理への応用
・有機修飾 TiO2 によるビスフェノール A の吸着および分解 (Fig.4)
・キレート反応による汚染土壌中鉛の抽出および濃縮
・乳酸吸着材を用いた培地再生処理

Fig.1 Chemical recycling of waste plastics using delayed coker

40 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Halogen circulation

等

亀田知人

・第 2 回環境科学討論会

1st Place Winner

研究科長賞

同時開催第 10 回日本セラミックス協会 MFD 研究会

高橋由莉子、須藤れな

・FSRJ 研究奨励賞受賞講演、第 1 回 FSRJ 講演会

・第 12 回廃棄物資源循環学会東北支部・第 7 回日本水環境学会
東北支部合同研究発表会

優秀発表賞

生田大地、丹治聖史
・令和 2 年度 化学系学協会東北大会

優秀ポスター賞

鈴木佑京、和泉希恵
・第 10 回 CSJ 化学フェスタ 2020

等

熊谷将吾

優秀ポスター発表賞

等◇ 査読付き原著論文 ( 計 27 報 )◇ 及び 著書・総説・解説 ( 計 5 報 )・プラスチックケミカルリサイクルを進める動脈産業の役割と期待 ,吉岡敏明 , 熊谷将吾 , 齋藤優子 , PETROTECH ~ 石油学会情報誌 ~ ,43 (4), 250-257.

◇ 実施中のプロジェクト ( 計 10 件 )・Simultaneous treatment of HCl-SO 2 -NO x gas with Mg-

科研費

Cl layered doble hydroxide intercalated with CO 32- and its

2件「環境インパクト低減に向けたハロゲン制御技術の体系化」
基盤研究 (S) (Fig.2)

等

受託研究 (NEDO・ERCA)

4件「大気中 CO2 を利用可能な統合化固定・反応系(quad-C system) の開発」 ムーンショット型研究開発事業「プラスチックの化学原料化再生プロセス開発」
NEDO 先導研究
その他共同研究等

recycling process, T. Kameda, M. Tochinai, S. Kumagai, T.
Yoshioka, Int. J. Environ. Sci. Technol., 17, 1179-1184.
・Simultaneous recovery of high-purity Cu and poly(vinyl
chloride) from waste wire harness via swelling followedby ball milling, H. Kumar, S. Kumagai, T. Kameda, Y. Saito, T.
Yoshioka, Sci. Rep., 10 (1).

等
計4件

Fig.3 Selective adsorption of the phenolic compound by sulfonic acidmodified layered double hydroxides

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

・プラスチックと減圧蒸留残渣油の共熱分解による化学原料化 (Fig.1)

and Innovative Solutions for Circular Economy

先端環境創成学専攻

Research topics

・2020 The 4th International Conference on Integrated

・第 2 回マテリアル・ファブリケーション・デザインセミナー

・Falling Walls Lab Sendai 2020

研究テーマ

・令和 2 年度 地域循環共生圏形成における資源循環分野のFig.4 Decomposition of BPA by photocatalytic activity of TiO2

Coexistence Activity Report 202041

自然共生システム学講座
環境分析化学分野

Environmentally Benign Systems

Environmental Analytical Chemistry

環境系・生体系物質計測への展開を目指した
新しい化学分析モチーフの開発
Development of Chemical Motifs for Environmental andBiomedicinal Analysis

教授 壹岐 伸彦

助教 鈴木 敦子

助教 唐島田 龍之介

Professor

Assistant Professor

Assistant Professor

Nobuhiko Iki

当研究室では、環境や医療分野における課題を解決することを目指し、分子認識に基づく新しい分析手法の開発を行っている。分子認識化学に基づき新しい化学モチーフを開発し、実際の分析手法に応用していくことは、分析技術の飛躍的な発展につながると考えている。今年度得た
主な成果の中から以下の 3 点について報告する。1. 白金 (II) ジラジカル錯体に基づくがんの光熱療法薬剤の開発、2. Yb(III)- シッフ塩基錯体の近赤外発光特性、3. アルキル鎖長に起因した配位環境の非対称化による三脚型シッフ塩基 - ランタニド錯体の発光増強。
The aim and goal of this division is to develop analytical methods based on molecular recognition, which provides solutions for environmental problems
and tasks in medicine. We believe that breakthroughs in analytical technology will be facilitated through the development and application of chemical
motifs capable of recognizing materials and through the establishment of methodology for separation/preconcentration and detection/determination
methods for materials of environmental and biological importance. Among such chemical motifs that we studied this year, three examples will be described:
1) Pt(II)-diradical Complex toward Photothermal Therapy of Cancer, 2) Near-Infrared Luminescent Property of Yb(III) Complex with Tripodal SchiffBase, and 3) Low Symmetry of Coordination Environment due to the Alkyl Chain Length Leading to Enhancement of Ln Luminescence in Tripodal Schiffbase-Ln Complex.

Atsuko Masuya-Suzuki

Ryunosuke Karashimada

Yb(III)- シッフ塩基錯体の近赤外発光特性
近赤外発光を示す 3 価のイッテルビウム (Yb(III)) は、生体イメー
ジング用プローブや発光材料への応用が期待される。特に、光吸収配位子を持つ Yb(III) 錯体が示す発光では、高効率の励起ができると注目される。しかし、その発光特性に関する定量的実験値の報告例は不足しており、発光過程は十分に理解されていない。今回、我々は 7 配位の Yb(III)- シッフ塩基配位子錯体 (Fig.3) が非常に短い輻射
寿命を示すこと、さらに配位子金属間電荷移動 (LMCT) を経由するエネルギー移動が起きる可能性があることを見出した (Fig.4)。これ
らの知見は、エネルギー移動、無輻射失活、輻射失活の各過程を理解し最適化することにつながる (ChemistryOpen, DOI: 10.1002/

白金 (II) ジラジカル錯体に基づくがんの光熱療法薬剤の開発

Pt(II)-diradical Complex toward Photothermal
Therapy of Cancer

がんが日本人の死因の第 1 位となって久しい。誰でもアクセスできる
持続可能な診断・治療法が求められている。がんの光熱療法は光熱変換プローブを投与し、光照射に伴ってプローブから発生する熱によってがん細胞を殺傷する手法である。光源としてパルス光を用いれば超音診断・治療の一体化を念頭に、当研究室では生体透過性の高い近赤外光を高効率で吸収・光熱変換するプローブを開発してきた。今年度
は光熱療法にフォーカスし、細胞レベルでのがんの殺傷能力を確認した (Fig.1)。白金錯体 PtL 2 ( L– = 3,5-dibromo-1,2-diiminobenzosemi-quino-nato ligand) を水溶化するため、ウシ血清アルブミン
0.39 W) を 30 分照射すると温度が 24 から 42 ℃に上昇した。PtL 2 BSA 複合体はがん細胞 MCF-7 によく取り込まれ、ミトコンドリアや小胞体に偏在した。そこにレーザー光 (730 nm, 0.3 W) を照射したところ、照射領域にて細胞死が生じ (Fig.2)、PtL 2 を光熱変換プローブとする光熱治療の可能性を見いだした ( RSC Advances , 2020, 10,

ランタニド（Ln）発光は、中心 Ln の配位環境の対称性が低いほど発光強度が強くなる。我々はワンポット合成で得られる三脚型シッフ
塩基 -Ln 錯体について、従来の tren を三脚型アミンに用いた系を拡張し、アルキル鎖長を長くした三脚型アミン（trpn）を用いた Tb 錯体（TbLtren, TbLtrpn）を合成した（Fig.5）。配位環境の違いについて、非対称性が高いほど値が大きくなる shape factor (S) によって評価したところ、TbLtrpn（S = 8.82,8.90）は TbLtren（S = 7.70, 7.77）よりも大きく、非対称性が 高かった。さらに、TbLtrpn は明瞭な Tb
発光を示した一方、TbLtren は Tb 発光と配位子由来のりん光が重なり合った発光特性を示した（Fig.6）。これは、TbLtren では Tb から配位子への逆エネルギー移動によって Tb 発光の効率が低いことに対し、
TbLtrpn は配位環境の対称性が低いことに起因して逆エネルギー移動が無視できるほど放射遷移が速いためと考える。

6460.)

Fig.1 Concept of the photothermal therapyof cancer using PtL2

42 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Fluorescence images of MCF-7 cells (a) withand (b) without PtL2 (20 μM). The circle shows thelaser spot. Scale bar: 200 μm.

Fig.3 Seven-coordinated Yb(III) complexes
with a tripod Schiff base.

Fig.4 Proposed sensitization mechanism for the
Yb(III) complex with a tripod Schiff base.

Low Symmetry of Coordination Environment
due to the Alkyl Chain Length leading toEnhancement of Ln Luminescence in Tripodal
Schiff base-Ln Complex
The intensity of Ln luminescence depends on the symmetry of thecoordination environment, and low symmetry enables enhancement of theLn luminescence. In the case of the tripodal Schiff base-Ln complex, we
synthesized a new tripodal Schiff base-Tb complex using trpn as a tripodal
amine (TbLtrpn), which has a longer alkyl chain unit than that of aconventional complex (TbLtren). The symmetry of the coordination
environment was evaluated by shape factor (S). The TbLtrpn (S = 8.82, 8.90)
is larger than that of TbLtren (S = 7.70, 7.77), indicating that the coordination
environment of TbLtrpn is lower symmetry than that of TbLtren (Fig.5). In
addition, TbLtrpn showed clear Tb-centered luminescence; however, TbLtren
showed Tb-centered luminescence and ligand phosphorescence (Fig.6).
Therefore, back energy transfer (Tb to ligand) of TbLtren leads weak Tbcentered luminescence, but TbLtrpn has negligible back energy transfer due
to the fast radiative transition of Tb by the low symmetry of thecoordination environment.

Fig.5 Synthesis, structure, and shape factor
of TbLtren and TbLtrpn.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentと (BSA) の複合体を調製した。この水溶液にレーザー光 (730 nm,

アルキル鎖長に起因した配位環境の非対称化による三脚型シッフ塩基 - ランタニド錯体の発光増強

The trivalent ytterbium (Yb(III)) ion has attracted significant interest for
its application in several technologies, including biological imaging andsolar-energy conversion, due to its fascinating near-infrared luminescence
property. So far, Yb(III) complexes with light-harvesting organic ligands
have been studied because the sensitization of the Yb(III) luminescence bysuch ligands is a promising strategy for overcoming the inefficiency of thedirect excitation of Yb(III). However, the report of the quantitative
experimental values and understanding for sensitized Yb(III) luminescenceare still insufficient. In this work, we study the photophysical properties ofa Yb(III) complex with a tripodal Schiff base (YbL) to understand its
sensitized luminescence (Fig.3). Our results show that the sevencoordinated Yb(III) complexes with the Schiff base ligand had two features:the short radiative lifetime and the non-triplet sensitization path (Fig.4).
These findings may lead us to a better understanding and optimization of
the energy transfer, non-radiative deactivation, and radiative deactivation
processes in the Yb(III) luminescence (ChemistryOpen, DOI: 10.1002/
open.202000224).

先端環境創成学専攻

波が発生し、それから光音響イメージング、ひいては診断が可能となる。

Photothermal therapy is an affordable one for cancer. To obtain satisfactory
results, a drug to convert the light energy to thermal energy with highefficiency is required. Taking advantages of non-fluorescence and a highability to absorb near-infrared light, we studied a diradical complex PtL2
(L – = 3,5-dibromo-1,2-diiminobenzosemiquinonato ligand) as the drug
(Fig.1). PtL2 is hydrophobic and insoluble in aqueous solutions. Therefore,a fivefold amount of bovine serum albumin (BSA) was used to solubilize itin phosphate buffered saline (PBS). Upon irradiation of laser light (730
nm, 0.39 W) for 30 min, the temperature of the solution ([PtL2] = 40 µM,[BSA] = 250 µM in PBS) increased from 24 to 42 °C. MCF-7 cells wereincubated in a culture medium containing PtL2 solubilized with BSA.
Hyperspectral images of the cells showed that PtL2 distributed in
mitochondria and endoplasmic reticulum. Finally, the photothermal effectof PtL2 on cell viability was studied; laser light (730 nm, 0.3 W) was
irradiated to a 1-mm diameter region of cell culture medium containing
MCF-7 cells with PtL2 for 15 min. At the center of the region, cell death
was observed (Fig.2). A control experiment using MCF-7 cells without
containing PtL2 showed no cell death upon irradiation of the light. Thesesuggest that PtL2 can be used as an agent for photothermal therapy.

open.202000224)。

Near-Infrared Luminescent Property of Yb(III)Complex with Tripodal Schiff BaseFig.6 Emission spectra of TbLtren and TbLtrpn.

Coexistence Activity Report 202043

自然共生システム学講座
環境生命機能学分野

Environmentally Benign Systems

マイクロ・ナノ電極を利用する環境・医工学バイオセンサデバイスおよび材料評価システムの開発
Development of Environmental/Biomedical Sensors and Visualization Systems
for Material Functions with Micro/Nano Electrodes

教授 珠玖 仁准教授 伊野 浩介

准教授 井上 久美

准教授 熊谷 明哉

助教 梨本 裕司

（工学研究科 兼任）
Professor（工学研究科 兼任）
Associate Professor（山梨大学 兼任）
Associate Professor（材料科学高等研究所、
物質・材料研究機構 兼任）
Associate Professor（学際科学フロンティア研究所、 （学際科学フロンティア研究所、工学研究科 兼任）
材料科学高等研究所 兼任）
Assistant Professor
Assistant Professor

Hitoshi Shiku

現在、微小なデバイスのバイオ応用・環境モニタリングに大きな期待が寄せられている。これらのデバイスを用いることで、これまで難しかった
生体現象を観察することや、簡便かつ迅速な環境評価・医療用検査が可能になっている。また、生体を模倣した微小な細胞チップを作製することで、再生医療応用や生体内での化学物質のモニタリングが可能になる。このような目的のために、我々はマイクロ・ナノシステムを組み込んだ電気化
学デバイスの開発を行った。

Kosuke Ino

Kumi Y. Inoue

Akichika Kumatani

電気化学デバイスを用いた、血管化スフェロイド、
がんスフェロイドの酸素代謝計測
これまでに開発してきた電気化学計測ツールのうち、Bio-LSI、走Micro/nano devices have continuing demands on biological science, engineering, and accurate analytical information. We have developed micro/nanoelectrochemical systems for environmental/biomedical applications and evaluation of battery materials. We are also investigating the role of the tissue
microenvironment, utilizing a microfluidic device and scanning probe microscopy. These devices are useful in environmental monitoring, medical, andengineering applications.

査型電気化学顕微鏡（SECM）を用いて、血管網を有する繊維芽細胞
スフェロイドの酸素代謝機能の評価を行った。Bio-LSI を用いた酸素代謝の計測結果は、これまで研究室が知見を蓄積してきた SECM による結果と傾向がよく一致し、Bio-LSI による計測の妥当性が再確認された。さらに、血管化の有無で抗がん剤の投与時の酸素代謝の低下の程度に相違があることが確認できた。これは、薬剤効果におけるバイポーラー電極を用いた細胞活性評価、および新規バイオイメージング技術の開発
電解質中に置いた導電性材料に電場を付与すると両端において酸化・還元反応が誘導され、その導電性材料をバイポーラー電極（BPE）と呼ぶ。BPE は電気化学発光と組み合わせると、一端で起きる目的の電気化学反応を他端で生じる電気化学発光シグナルとしてモニタリ
ングすることができる。
これを利用して、三次元的に培養された細胞凝集体（スフェロイド）作製し、乳がん細胞スフェロイドの酸素代謝活性を識別することに成功した（ACS Sens., 5, 740 (2020)）。本成果は、当該雑誌のカバーに選ばれた（図 5）。
さらに、配線が不要という BPE の特徴を最大限に生かし、「バイ
ポーラー電気化学顕微鏡」を開発した。無電解析出を利用し、多孔膜の各孔の内部に金を析出させることで、平均の電極間隔が 41 μm と近藤 朋子

ンのイメージングを行ったところ、100 ms の時間分解能で、フェリシ
アン化物イオンの拡散を可視化できた。また、呼吸活動に伴うスフェロイド周囲の酸素濃度減少をイメージとして捉えることにも成功した（Analyst , 145, 6895 (2020)）。

Development of bipolar electrode arraysfor cell analysis and bioimaging

血管の影響の大きさを示しており、新たな薬剤評価プラットフォーム

When an electric field is applied to conductive materials placed in anelectrolyte solution, oxidation/reduction reactions are induced at both endsof the materials. The conductive materials are called “bipolar electrodes”(BPEs). By combining BPEs with electrochemiluminescence, the target
electrochemical reaction at one end of a BPE can be monitored byquantifying a luminescence at the opposite end.

た際に内部に形成される壊死コアの形成時の酸素代謝の変化を調査しBy using this BPE-electrochemiluminescence system, the oxygen
metabolic activity of three-dimensionally cultured cells (spheroids) was
evaluated. The device with 32 BPEs successfully provided the oxygen
metabolic activity of breast cancer cell spheroids (ACS Sens., 5, 740(2020)). The figure in the project was featured on the cover of the journal(Fig. 5).
Because BPE does not need any direct electrical connection, a large
number of BPEs can be easily integrated into a single platform and isapplicable to bioimaging, namely, “bipolar electrochemical microscopy”(BEM). The average interval between BPEs in our platform was 41 µm. By
using BEM for the imaging of ferricyanide ions in a solution, the diffusionof ferricyanide ions was visualized with a time resolution of 100 ms. In
addition, the decrease of the oxygen concentration near a tumor spheroid
was visualized, which reflects the respiration activity of the tumor
spheroid (Analyst, 145, 6895 (2020)).

Fig.2 Electrochemiluminescence analysis

Fig.3 Oxygen consumption rate analysis using
scanning electrochemical microscopy

としての活用が期待される（Electrochimica Acta , 340, 135979(2020)）。一方、がんスフェロイドの評価では、スフェロイドが成長した（Analyst , 145, 6342 (2020)）。壊死コアの形成は、腫瘍においては、腫瘍微小環境の低酸素の程度を示す指標となる。壊死コア（図 6）が形成されるようなスフェロイドの大きさになると、体積あたりの細胞の酸素消費量に減少が見られた。これは、スフェロイド中心部の細胞が呼吸できなくなっていることを示し、壊死コアの形成を非侵襲的に予測可能であることを示した。

その他の研究活動
バイオ用の 3D プリンターへの応用を目指し、糖を鋳型として、ア
ルギン酸カルシウムの立体的なゲルを構築する技術を開発した（J.

Biosci. Bioeng., 130 539 (2020)）。また、電気化学デバイスを用Yuji Nashimoto

助教 井田 大貴Hiroki Ida

Oxygen consumption rate analysis of avascularized spheroid and a tumor spheroid
We evaluated the oxygen consumption rates (OCRs) of a vascularized
fibroblast spheroid using Bio-LSI and scanning electrochemical
microscopy (SECM). The OCRs determined using Bio-LSI fairly
corresponded to those using SECM, a conventional OCR measurement
tool used for more than 20 years. The result indicates that Bio-LSI can be
another analytical tool for OCR, with advantages in rapid detection.
Furthermore, we found that vascularization enhanced anti-cancer drug
effects in a spheroid culture, suggesting that vascularization should beconsidered in the drug-screening platform (Electrochimica Acta, 340,
135979 (2020)). For the analysis of a tumor spheroid, we investigatedwhether the formation of a necrotic core (Fig. 6) affected oxygen
metabolism. The OCR per spheroid volume decreased with increased
spheroid radius, indicating the limitation of the oxygen supply to the coreof the tumor spheroid. OCR analysis using SECM noninvasively monitors
the change of oxygen metabolism in tumor spheroids. The approach ispromising to evaluate various three-dimensional culture models (Analyst,
145, 6342 (2020)).

OthersWe developed a new method using sacrificial templates of sugar structures
to fabricate three-dimensionally (3D) designed Ca-alginate hydrogels (J.
Biosci. Bioeng., 130 539 (2020)). In addition, two review papers related tobiofabrication (Adv. Biosyst., 4, 1900234 (2020)) and electroluminescence(Micromachines, 11, 530 (2020)) using electrochemical devices were also
published. Furthermore, a new concept to detect a DNA duplex was
proposed using a droplet array device in Bunsekikagaku.

いたバイオ材料の加工技術（Adv. Biosyst ., 4, 1900234 (2020)）、

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

いう BPE アレイを得た。これを用いて溶液内のフェリシアン化物イオ

44 Coexistence Activity Report 2020

高野 聡美

電気化学発光を用いた細胞計測に関する総説論文（ Micromachines ,11, 530 (2020)）を出版した。さらに、多点液滴デバイスを用いた
DNA の検出技術を和文誌へ発表した（分析化学 、採択）。

Fig.4 Enzymatic assay in a bio-safety hoodFig.5 Our research featured on the
cover of ACS Sensors

先端環境創成学専攻の酸素代謝活性を評価した。32 本の BPE が集積されたデバイスをFig.1 Lab members 2020

秘書
研究補佐員

Environmental Bioengineering

Fig.6 Tumor spheroid with a necroticcore evaluated in our study

Coexistence Activity Report 202045

資源循環プロセス学講座

Sustainable Recycle Process

環境グリーンプロセス学分野

Environmental Green Process Study

環境調和型化学プロセスの開発
Green Process Development

教授 スミス・リチャード

助教 郭 海心

Professor

Assistant Professor

Smith Richard Lee Jr.

我々が持続可能な生活を送るために必要となるエネルギーの全ては、地球に降り注ぐ太陽エネルギーによって賄うことができる。水と二酸化炭素を使って、地球環境に優しくクリーンな化学プロセスを開発することは可能である。圧力と温度を制御することで水と二酸化炭素は有機溶媒に近い性質を発現できるため、プロセスの高効率化や環境負荷の軽減を達成することが可能となる。私たちの研究室では、環境調和型溶媒である
「水」
「CO2」
「イオン液体」を研究の中心に据え、バイオマス変換、材料合成、廃棄物のリサイクル、合成化学、高分子加工及び分離プロセスの研究を行っている。また、化学工学的な視点から、プロセスの高効率化に向けた基礎物性の測定やモデル化などにも取り組んでいる。
Solar energy provides all the energy that our society needs for sustainable living. Water and carbon dioxide can be used to develop chemical processes thatare clean and friendly to our environment. In the supercritical state, both water and carbon dioxide can be made to mimic the properties of many organic
liquids that provide both performance and advantages and environmental benefits. With these solvents, our laboratory studies biomass conversion, material
synthesis, waste recycling, synthetic chemistry, polymer processing and separation processes.

Lab members

Haixin Guo

研究概要

Research（1）新しい CO 2 フリーなエネルギー源（カーボンニュートラルな電気）の開発

A green chemical process is one that sustainably transforms renewable raw materials
into products for society using safe, fast (efficient), and clean (non-polluting)operations and methods. A green chemical process uses the fundamental principlesof Green Chemistry and Green Engineering and exists in harmony with theenvironment. Students use their own ingenuity to conduct research on(1) creating new CO 2 -free energy sources (carbon-neutral electricity),(2) developing new chemistries processes for selective amination or hydrogenation of
biomass-related compounds,(3) proposing new safe solvent mixtures to replace the hazardous solvents used inpharmaceutical industries,(4) developing new functional biocarbon catalysts from biomass with hydrothermal
methods,(4)creating new green synthesis routes and separation methods to produce biofuels,(6) developing new materials with supercritical fluids.
Key to many green chemical processes is the conceptual idea for of converting
renewable materials into energy or products through the choice of solvents, catalysts,
conditions, and operations along with safety of safe materials and methods and（2）バイオマス関連化合物の選択的アミノ化または水素化のための新しい化学物質の開発（3）製薬業界で使用されている有害な溶媒にとって代わる安全性の高い新しい混合溶媒の提案（4）バイオマスからの新しい機能性バイオカーボン触媒の開発（5）バイオ燃料製造のための新しい環境低負荷な合成経路および分離法の確立（6）超臨界流体による新しい材料の開発

グリーンケミカルプロセスを考える上で、使用物質と手法の安全性や 3R（リデュース、リサイクル、リユース）に基づいて、溶媒、触媒、反応条件と操作の選択を行い、再生可能材料をエネルギーや製品に変換するということが重要である。

太陽エネルギーにより、年間 950 億トンの炭素循環が可能となる。
このエネルギーのうちわずか 10％を利用するだけで、人類は自然と調和した持続可能な生活を送ることができる。水と二酸化炭素、特にそれらの超臨界状態を利用することで、低環境かつクリーンな化学プロセスを構築できる (Fig.1)。
水と二酸化炭素（CO2）は、超臨界状態において有機溶媒に近い性質を持ち、操作性と環境調和性の双方に優れた溶媒となる。化学プロセスの例としてバイオマス分解、材料合成、廃棄物リサイクル、合成
界 CO2 を用いたセルロース系バイオマス（セルロース、ヘミセルロース、
リグニン）の反応・分離プロセス（Fig.2）を検討している。イオン液
体にバイオマスを溶解・反応させ、温度・圧力を操作することで超臨界 CO2 の物性を操作し、選択的に反応生成物の反応・分離を行うものである。イオン液体は蒸気圧が極めて低いため大気への飛散の恐れ
当研究室では、主に環境調和型の溶媒を用いた化学システムおよび化学プロセスの開発に関して研究を進めている。その多くが超臨界流体、特に超臨界 CO2 と超臨界水の特長を利用するものである。具体的には、高温高圧水中でのバイオマス・プラスチック・炭化水素・重質油の改質反応、水熱合成による無機複合酸化物微粒子の合成、ハイドレート形成を利用した効率的水素貯蔵システムがある。これらの研究は、世界中の大学等との共同研究としても行っている。

Our laboratory conducts research and development of chemical systems
and chemical processes mainly using environmentally friendly solvents
such as supercritical fluids, especially carbon dioxide and water. Our
research topics are reforming of biomass, plastics, hydrocarbons, andheavy oil in high-temperature and high-pressure water, synthesis of fineinorganic oxide particles by hydrothermal synthesis, and development ofhydrogen storage in clathrate hydrates. We now collaborate withresearchers around the world.

[1] 9 月 24-26 日 阿部 友哉 (M1)、井上 雄斗 (M2)、廣崎 勇太 (M2)
化学工学会 第 51 回秋季大会 (Fig.3-4)[2] 10 月 30 日 阿部 友哉 (M1) 第二回環境科学討論会 (Fig.5)[3] 11 月 26 日 中村 健太郎 (M1) 第 26 回流動化・粒子プロセッシングシン
ポジウム、第 15 回反応装置・プロセスシンポジウム[4] 2020 年 2 月 -2021 年 1 月 Hebei University of Technology, China、
Dr. Zhang Xiao、海外研究者の来学。

[5] 2020 年 2 月 -2021 年 1 月 Agro-Environmental Protection

attention to the 3Rs (Reduce, Recycle, and Reuse) in each conceptual step.

International exchange and conference[1] 2020.2-2021.1, Dr. Zhang Xiao, Hebei University of Technology, China, researcher[2] 2020.2-2021.1, Dr. Shen Feng, Agro-Environmental Protection Institute, Chinese
Academy of Agricultural Sciences, China, Researcher.

Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, China、

Dr. Shen Feng, 海外研究者の来学。

[6] 廣崎 勇太 (M2) Renewable Energy,157 (2020) 951-958 にオンライン掲載された。(Fig.6)

Fig.3 Presentation of Yuya Abe (M1) in
化学工学会 第 51 回秋季大会

Fig.4 Presentation of Yuto Inoue (M2) in
化学工学会 第 51 回秋季大会

Fig.5 Poster of Abe (M1) presentation in
第二回環境科学討論会 Tohoku University

Fig.1 Development of Sustainable Products and Systems.

46 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Green Chemical Process

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentが小さく、環境調和型プロセスとして期待される。

Supercritical water and carbon dioxide (CO2) have properties close to
those of organic solvents, which are excellent in both operability andenvironmentally friendly (Fig.2). Such chemical processes include
biomass conversion, material synthesis, waste recycling, synthetic
chemistry, and polymer processing. For example, our laboratory studies
the reaction and separation process of cellulose-based biomass (cellulose,
hemicellulose, and lignin) using supercritical CO2 combined with ionicliquids (Fig.3). The reaction and separation of biomass dissolved in ionicliquids can be controlled by manipulating physical properties ofsupercritical CO2 using temperature and pressure. Ionic liquids can beeasily separated and recovered after the reaction due to their extremely
low vapor pressure, and therefore they are attractive as alternativeenvironmentally friendly solvents.

国際交流、学会発表

先端環境創成学専攻

化学、高分子加工がある。例えば当研究室では、イオン液体と超臨

The energy from the sun can drive 95 billion tons of carbon a year. Using
only 10% of this solar energy, we can live a sustainable life in harmony
with nature. Both water and carbon dioxide, especially in the supercriticalstate, can be used to develop chemical processes that are clean and friendly
to our environment (Fig.1).

Fig.6 Renewable Energy,157 (2020) 951-958, Yuta Hirosaki (M2)
Coexistence Activity Report 202047

資源循環プロセス学講座
複合材料設計学分野

Sustainable Recycle Process

Mechanics and Design of Composite Materials

環境に配慮したマルチファンクショナル
複合材料の設計・開発・評価

教授 成田 史生

助教 栗田 大樹

Design, development and evaluation of multi-functional composite materials

Professor

Fumio Narita

Assistant Professor

Hiroki Kurita

日本学術振興会特別研究員 楊 鎮駿Group photo（昨年度）

JSPS Research Fellowshipfor Young Scientist

Group photo（昼食）Researcher

Zhenjun Yang

本研究室では、IoT（モノのインターネット）社会の実現に導く環境発電（エネルギーハーベスティング）材料やセンサ材料の設計・開発・評価に取り組んでいる。特に、圧電セラミック粒子や磁歪合金ワイヤを利用した複合材料に注目し、強度・機能特性と信頼性・耐久性の向上を目指して理論的・実験的研究を進めている。また、環境汚染を食い止めるための極低環境負荷構造材料の創成を目指し、セルロースナノファイバー強化
ポリマー複合材料を設計・開発して、力学・物理特性と微細構造との関係を評価している。
Our laboratory is engaged in research to design and develop composite materials for energy-harvesting and sensor applications, which realize an Internetof Things (IoT) society. We focus on composite materials with piezoelectric ceramic particles or magnetostrictive alloy wires and address improving theirstrength and function or the reliability and durability. Furthermore, we are studying cellulose nanofiber-reinforced polymer composites and evaluating therelationship between their mechanical/physical properties and microstructures to prevent environmental pollution.

込む（Fig.4）ことで高出力化も実現している。金属母材の複合材料によって、強度が必要とされるアルミニウム合金製の自動車部材や高温環境で使用される輸送機器のエンジン駆動部にも振動・衝撃発電機
能を付与することが可能となり、期待が寄せられている。

セルロースナノファイバー強化ポリマー複合材料
セルロースナノファイバーは、木質繊維を極限まで破砕して得られるナノ繊維で、超高強度、軽量、低環境負荷であることから、複合材料の次世代強化繊維として大きく注目されている。しかしながら、ポリマー

圧電複合材料

Piezoelectric Composites

磁歪複合材料

Magnetostrictive Composites

鉛（PZT）には有害物質（鉛）が含まれているため、柔軟な非鉛系圧電材料の開発が要望されている。本研究室では、鉛フリー圧電ナノ粒
子分散樹脂を作製し、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を積層して電極として用い、コロナ放電分極に成功している。圧電ナノ粒子分散
CFRP 複合材料の分極処理は炭素の導電性により困難であったが、上記手法により曲げ振動や衝撃荷重から電圧・電力を回収できる軽量で強靱な CFRP 複合材料の実現可能性が示され（Fig.1）、今後の展開が超磁歪特性を示す Tb-Dy-Fe 合金は、脆さや渦電流発生などが問題となっており、高価格であるという欠点も有している。Fe-Ga 合金いる。本研究室では、Fe-Co ワイヤ / 樹脂複合材料を開発し、振動・衝撃発電に成功している（Fig.2）。また、Fe-Co ワイヤをアルミニウ
ム合金に埋め込む技術を確立し、衝撃を電気に変換する軽金属複合材料を開発している（Fig.3）他、2 本の Fe-Co ワイヤを撚って埋めFig.1 Output voltage versus amplitude (frequency fixed at 60 Hz)
for piezo-resin/CFRP composite under bending vibration.

48 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Output power obtained by magnetostrictive wire integrated
shoes during the usual walk.

強化機構解明に成功している。

その他の活動Other Activities＜国際交流＞

・JSPS 研究拠点形成事業 A. 先端拠点形成型「IoT 社会を実現するマルチ環境発電材料・デバイス 国際研究拠点形成」＜受賞＞

・2020 年度 第 7 回 IRMAIL サイエンスグラント「ヴァーダー・サイ
エンティフィック賞」
（栗田）
＜報道＞

・2020 年 4 月 6 日 日刊自動車「“ 材料界の逸材 ” 植物由来の CNF
金属との複合化で飛躍的に用途拡大」

・2020 年 11 月 19 日 日刊工業「衝撃発電高効率に料を開発」

軽金属複合材・2020 年 11 月 26 日 Advanced Science News “Grabbing
viruses out of thin air”

・2020 年 12 月 7 日 日経産業「コロナ社会の安心提供
ウイルスセンサー」

Cellulose nanofiber (CNF) is a nanofiber obtained by the extreme crush ofwood fibers. CNF attracts attention as a new generation reinforced fiber
for composite materials, owing to its outstanding mechanical properties,
lightweight, low environmental load, and so forth. However, thestrengthening mechanism of CNF in a polymer matrix has not been
revealed. Therefore, we evaluated the strengthening mechanism of CNF in
epoxy resin.

電源不要のFig.3 Output power for Fe-Co wire /Al-Si matrix magnetostrictive
composite under compression with differing resistive loads.

<International exchange>
・JSPS Core-to-Core Program “Establishing an International ResearchCenter for Multi-Energy Harvesting Materials and Devices to Realize the
IoT Society”<Award>・7th IRMAIL Science Grant “Verder Scientific Award” 2020 (H. Kurita)<Media coverage>
・April 6th, 2020 Daily Automotive News “Plant-Derived CNF: Expanding
Applications Through Combinations with Metals”
・November 19th, 2020 The Nikkan Kogyo Shimbun “Lightweight Metallic
Matrix Composites: Development of High Efficiency Vibration Energy
Harvesting Material”
・November 26th, 2020 Advanced Science News “Grabbing Viruses Out ofThin Air”
・December 7th, 2020 Nikkei Business Daily “Peace of Mind During
COVID-19: Virus Sensors without Power Supply”

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentも同様に超磁歪特性を示すが、加工の難しさが製品化の障害となってMagnetostrictive Tb-Dy-Fe and Fe-Ga alloys have a wide variety of
applications due to their great capability as sensors and energy-harvesting
devices. However, the difficulty in machinability and the fabrication cost
inhibit their applications as magnetostrictive devices. We developed
magnetostrictive Fe-Co wire-embedded epoxy matrix composites toincrease the flexibility of the material (Fig.2). A class of lightweight FeCo wire/Al-Si matrix magnetostrictive composites was also prepared, andthe excellent energy-harvesting performance was exhibited (Fig.3).
Furthermore, we showed that a design with twisted Fe-Co wire

本研究室では、セルロースナノファイバーをエポキシ樹脂に分散させ、Cellulose Nanofiber-Reinforced Polymer
Composites

先端環境創成学専攻

期待される。

The design and development of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP)
composites with a function such as piezoelectricity are difficult due to the
conductivity of carbon. Here, we prepared a lead-free piezoelectric
nanoparticle-dispersed epoxy resin with laminated CFRP layers in theupper and lower surfaces. A large electric field was applied by corona
discharge, which polarized the composite successfully. The results suggestthat the CFRP layer can be used as an electrode to develop CFRP composite
materials with energy-harvesting performance (Fig.1). Such novel findings
are promising for the fabrication of piezo-resin/CFRP composite
generators, opening the door for the design and development of lightweight,
robust, and efficient energy-harvesting structures.

圧電セラミックスは脆く、また、高圧電特性のチタン酸ジルコン酸と複合した際の強化機構については明らかになっていない状況にある。

significantly enhanced the output performance of the magnetostrictive FeCo/Al-Si composite (Fig.4). Our work proposes a feasible exploration on
fabricating lightweight magnetostrictive composites that are potentiallyapplied in sensors or energy-harvesters, especially at a relatively hightemperature.

Fig.4 Photography of the twisted Fe-Co wire/Al-Si matrix composite.

Coexistence Activity Report 2020

49

資源循環プロセス学講座
複合材料設計学分野

Sustainable Recycle Process

Mechanics and Design of Composite Materials

循環型社会を目指した材料製造プロセスの研究

教授 コマロフ・セルゲイ

准教授 吉川 昇

助教 山本 卓也

Environment-friendly Material Processing

Professor

Sergey Komarov

Associate Professor

Assistant Professor

Noboru Yoshikawa

Takuya Yamamoto

本研究グループの研究目的は、環境調和型の材料プロセスを開発し、持続可能な社会を実現することである。この目的を達成するために、物理作用や波の効果を利用して伝統的な材料プロセスを変革することに挑戦する。物理場は処理される物質に選択的にエネルギーを供給する。エネ
ルギーを供給する手法が極端に限られた高温プロセスに対しては、このような物理場や波は特に有効である。本研究グループの別の研究は物理モ
デルと数値シミュレーションである。この分野では、溶湯処理や金属鋳造、排水処理といったプロセス内での、単相流、混相流に対する流動、熱、電磁場を利用した環境 / 材料プロセッシング
本研究室では、マイクロ波 (GHz) や電磁力 (kHz) 領域の高周波を物質輸送を解明する基礎研究を行なっている。

利用した材料プロセッシングについて研究を行なっている。一例として

The purpose of our group is to develop environmentally friendly material processes in order to contribute to building a sustainable society. To achieve thispurpose, we are trying to break the barriers of traditional materials processing with the help of physical fields and waves. Physical fields offer an effective
way to selectively supply energy to the materials being processed. Physical fields and waves are especially attractive for high-temperature processes, forwhich the choice of techniques available for supplying energy are severely limited. Another field of our research activity is physical modeling and numericalsimulation. In this area, fundamental studies are performed to clarify the fluid dynamics and the heat and mass transport phenomena in single andmultiphase flows in such processes as melt treatment, metal casting, and waste processing.

紹介する。種々の工業製品のプロセスにおいて発生するスラッジなど

NiO の炭素還元におけるマイクロ波加熱の影響に関する研究についてには有用な金属が含まれている場合が多く、これをリサイクルすることが望まれている。例えばメッキ液やステンレス鋼の酸洗スラッジに含まれる Ni は、これら廃棄物を焙焼し酸化物にした後、炭素による還元を経て金属 Ni の再生を行うことができる。マイクロ波加熱を用いた
NiO の炭素還元プロセスでは、1. 炭素がマイクロ波エネルギーを有効に吸収し発熱しやすいこと、2. 金属粒子が生成すると、電磁波との超音波を利用した材料プロセッシング
超音波は気体や液体、固体のような弾性体中での超音波伝播能力や必要とされる場所へ超音波のエネルギーを伝播させる能力に影響される。本研究での目的は、超音波に関連した現象を調査し、溶融金属、排水、排気ガスに対するより効率的で持続可能な処理プロセスを開発
流を計測することに成功した。これらの計測をもとにアルミニウム合金の超音波 DC 鋳造を計算できる数値モデルを開発した(Fig.1)。音響キャ
ビテーション、音響流と電磁プロセスを組み合わせることで、” フローズンエマルジョン ” と呼ばれる新しいタイプの複合材料を作成する魅力的な技術を開発した。ここで、フローズンエマルジョンとは、微細金属粒子が他の金属、非金属母相中に均一に分散したものである。このよ
モデル実験においてハイスピードカメラを利用することで、エマルジョ
ン形成メカニズムを解明する動画を撮影することに成功した。Fig.2 に示すように、キャビテーション気泡は水 - ガリウム界面付近で圧壊し、微細ガリウム液滴を形成する。

Fig.1 A schematic representation of ultrasonic-assisted casting(a) and numerically predicted temperature (b) and melt velocity(c) distributions

50 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Screenshots of Ga droplet formation in water
under the action of cavitation bubblesの加熱には作用せず、マイクロ波電場の影響が大きいことを報告している。現在、温度計測の検討と共に、更に詳細な研究を行なっている。
Fig.3 には、マイクロ波還元した Ni の XRD プロファイルと SEM 像を示す。

環境調和を考慮した金属製造・加工プロセス
アルミニウムの溶湯処理プロセスにおいてはハロゲン化物を利用して不純物を除去するが、環境負荷低減のためその使用量を低減させる必要がある。この利用量を低減するため、物理的な効果を用いて反応効率を向上させる。具体的には、アルミニウム溶湯処理中のハロゲン
ガス気泡の微細化メカニズムを解明し、その処理に伴い発生する酸化皮膜の巻き込みを低減する技術開発を行っている。これらは、水モデ
ル実験、アルミニウム撹拌、スーパーコンピュータを利用した撹拌シミュ
レーションを用いて総合的に研究を行っている。例えば、Fig.4 のように数値シミュレーションを利用することで機械撹拌操作中での巻き込

Environment Friendly Metallurgical
Processing
In the aluminum purification process, halides are used to remove
impurities, but it is necessary to reduce the amount of halides and to reduce
the environmental impact. To reduce the amount of halides, physicaleffects are used to improve the reaction efficiency. Specifically, we areclarifying the fragmentation mechanism of halogen gas bubbles during themelt treatment and developing technology to reduce the entrainment ofoxide film generated in this process. These studies are being carried out
comprehensively using water model experiments, aluminum stirring, andstirring simulations with a supercomputer. For example, as shown in Fig.4,
the entrainment mechanism during mechanical stirring is clarified bynumerical simulation, and the guideline for reducing the oxide entrainmentis created based on the basic mechanism.

みメカニズムを解明し、基礎メカニズムから酸化物巻き込み低減のための指針を示している。

Fig.3 (a) XRD profiles of microwave reduced Ni from NiO+C mixture.
(b) SEM image of reduced Ni at 600°C (Switched off after reaching the shown temperature)

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

うな材料は自動車産業や廃熱回収技術に利用できる。水 - ガリウムのThe effects of ultrasound waves are associated with the ability ofultrasound to propagate through such elastic mediums as gases, liquids,
and solids and, thus, to transfer energy to where it is needed. The purposeof our research is to investigate the ultrasound-related phenomena and todevelop more efficient and sustainable processes for the treatment ofliquid metals, wastewater, and exhaust gases. Particularly, we havedeveloped for the first time a method to measure acoustic streaming
velocity in molten aluminum. Based on these measurements, we developed
a new numerical model to simulate the ultrasonic-assisted DC casting ofaluminum alloys (Fig.1). The combination of acoustic cavitation andacoustic streaming with electromagnetic processing provides an attractive
technique to fabricate a new type of composite material called “frozen
emulsion,” in which fine solidified particles of one metal are uniformly
distributed in the matrix of another metal or no-metal. Such materials areuseful in the automotive industry and waste heat technologies. Using amodel water-gallium system and ultrahigh-speed video camera, we
succeeded in taking video images elucidating the emulsion formation
mechanism. As shown in Fig.2, cavitation bubbles implode near the watergallium system, causing formation of extremely fine Ga droplets.

特殊な相互作用を持ち粗大化しやすいこと、3. マイクロ波磁場は NiO

In our lab, fundamental studies on the application of high frequency
electromagnetic materials processing have been performed. As an example
of a microwave heating application, carbothermic reduction of Ni oxide isinvestigated. It is intended to recycle valuable metals, such as Ni fromindustrial sludge, from their aqueous solutions; sludges are converted intooxide states after roasting. They are reduced using carbon (graphite). We
reported that microwave heating for exciting the reduction reaction has thefollowing characteristics. 1. Graphite has high microwave absorbability
and is well heated. 2. Once generated, the metal particles have special
interactions with microwaves and are well coagulated. 3. Microwave
electric field is more effective to heat NiO than the magnetic field is.
Currently, we are performing further detailed investigation on the
reduction processes with improving the temperature measurement
techniques in microwave heating. Fig.3 demonstrates the XRD profilechange by the reduction and SEM image of the reduced metal (Ni).

先端環境創成学専攻することである。特に、当研究室では溶融アルミニウム中で初めて音響

Ultrasonic Processing:
Fundamentals and Applications

Application of Electromagnetic Field toEnvironment / Material Processing

Fig.4 Numerical result of oil layer entrainment onwater during mechanical stirring.
Coexistence Activity Report 202051

環境創成計画学講座
環境分子化学分野

Ecomaterial Design and Process Engineering
Environmentally-Benign Molecular Design and Synthesis

自然環境に順応するChemical
Engineering Technology の創製
Innovative experimental and theoretical technologies on chemical engineering
for creating sustainable society

准教授 大田 昌樹
Associate Professor

Masaki Ota

従来の医薬食品製造分野においては、ときに高環境負荷の有機溶媒が使用されることで人体への副作用の問題などが懸念されてきた。これに対し我々は、安心かつ安全な経口 ･ 経皮物質の製造に向けて、二酸化炭素の他、エタノール、水等のグリーン溶媒を用いた高圧流体、特に超臨界・亜臨界流体の利用による環境調和型製造技術の開発に関する応用研究を推進している。特に最近では、Hildebrand 溶解度パラメータを独自に拡張したエントロピー型溶解度パラメータを理論的背景に、化学を基盤において地球環境や生態系保全に向けた持続可能な社会構築を目的として、天然資源や合成化合物の有効利用を可能とする工学技術の開発に関する研究について付加価値順のカスケード利用を可能とするための分離工学、
安心安全な物質選定のための高圧溶液化学、超臨界流体抽出・亜臨界溶媒分離技術の社会実装のためのプロセスシステム等において知識と経験を

流通式亜臨界溶媒分離技術の開発
最近、我々は関連企業と共同で連続式亜臨界溶媒分離装置（向流接触型高圧抽出装置）のオリジナル開発に成功している（Fig.3）。2013
年には、この装置に搭載した連 動式自動背圧弁が 市販されている。

深めてきた。これらの研究を推進するための基礎学問は化学工学にあり、基礎物性の測定からモデル化まで実験・理論の両面から研究を進めている。

オリジナリティーは、複数台の自動背圧弁を内蔵タイマーにより交互にGreen processing and engineering are required for the chemical engineering of pharmaceuticals, foods, beverages, cosmetics, chemicals, and so on. For
this purpose, we aim to use only non-toxic solvents such as carbon dioxide, ethanol, and water for extraction and separation processes, instead of harmful
or potentially toxic solvents. Recently, we developed an entropy-based solubility parameter—an extended Hildebrand solubility parameter—for highpressure fluids (sub/supercritical fluids) and have applied it to designing extraction and separation techniques in order to achieve sustainable green
chemistry. We are promoting these experimental and theoretical approaches based on chemical engineering to study and develop new environmental
sciences and technologies.

天然資源を中心に、高圧気液平衡に基づく亜臨界溶媒分離による分離

吐出する機構そのものにある。2020 年は、ホップエキスやシソなどの効率に関する研究を推進してきた。まだ、この連動弁搭載型の流通式
亜臨界分離装置はパッケージとして普及していないが、需要が拡大す
れば将来的には具現化される可能性があるものと期待している。

2020 年の研究活動
所属する化学工学会において第 51 回秋季大会、東北支部第 22 回

エントロピー型溶解度パラメータ（eSP）の応用
医薬食品素材の環境調和型抽出分離を設計するにあたり、1960 年
初頭に Hildebrand が提唱した溶解度パラメータ（SP 値）は極めて便によるエントロピー変化を無視できるとした正則溶液論に基づく物性であり、溶剤選定の他、高分子材料の設計などに広く用いられている。
このパラメータは通常、医薬食品素材の抽出・分離において標準状態下で使用されてきたが、最近になって著者は、超臨界・亜臨界流体のような高温高圧状態でも計算できるように理論的手法を新たに展開することができた（Fig.1）。この物性値は、SP 値と互換性のある熱力学が、この理論が開発されたことにより理論予測をしながら高温高圧下の抽出分離実験が実施できるようになり、試行錯誤に要する実験的コ
ストを大幅に削減できるようになった。
（平成 30 年度文部科学大臣表彰・若手科学者賞の受賞内容）今年はその延長線上の実証研究を検討することができた。

Fig.1 Hildebrand solubility parameter (SP) andentropy-based solubility parameter (eSP)

52 Coexistence Activity Report 2020

Although the SP has been widely used under ambient temperature andpressure conditions, we recently extended its value for high-pressure
fluids such as sub-/supercritical fluids (Fig.1). This parameter is termed
the entropy-based solubility parameter (eSP), which extends the regularsolution theory (Fig.2). Now that our thermodynamic property has been
made available, we can more easily predict high-pressure extraction andseparation processes and drastically reduce the economic and time costs
for trial-and-error experiments. Thus, people would choose these things
using the eSP as a tool for selecting a suitable solvent or mixtures fordesigning high-pressure extraction and separation processes. These
contents are based on “The Commendation for Science and Technology by
the Minister of Education, Culture, Sports, Science and Technology: The
Young Scientists’ Prize (2018).”

究科修士 2 年 浦田 宙明 氏が優秀学生賞を受賞した。彼が行った摂動
論型状態方程式を用いた超臨界クロマトグラフィーの保持因子の予測の 1 例を Fig.4 に示す。関連して、化学系学協会東北大会では、若手シンポジウムの招待講演として自身の成果を発表することができた。
分担執筆としては、著書「高圧力の科学・技術辞典」にて、超臨界二酸化炭素利用の抽出分離法について紹介することができた。
投稿論文では、フジサンケイビジネスアイ第 34 回独創性を拓く先端技術大賞の受賞論文が web 上に掲載された。
（産経新聞やフジサン
ケイビジネスアイでも広く報道された。
）秋には、一般財団法人バイオインダストリー協会第 4 回バイオインダストリー奨励賞も受賞すること[1] Y. Sugimoto, M., Y. Sato, R. L. Smith Jr., H. Inomata, The Journal ofSupercritical Fluids, 166, 105013 (1-8) (2020).
[2] A. Duereh, Y. Sugimoto, M. Ota, Y. Sato, H. Inomata, Industrial &Engineering Chemistry Research,59, 12319-12330 (2020).
[3] Hiraga, Y., Sasagawa, T., Yamamoto, S., Komatsu, H., Ota, M.,
Tsukada, T., Smith, R.L., Jr. S. Sato, M. Ota, Y. Sato, R. L. Smith Jr., H.
Inomata, Chemical Engineering Science, 214, 115361(1)-(5) (2020).
[4] 大田昌樹，バイオサイエンスとインダストリー, 78, 548-549 (2020). (Japanese)[5] 大田昌樹, 高圧力の科学・技術事典, 朝倉出版 印刷中 (2021).

Activities in 2020 (Awards)[1] 大田昌樹, 堀川愛晃，フジサンケイビジネスアイ・第34回独創性を拓く先端技術大賞（社会人部門・特別賞）(2020).

[2] 大田昌樹，一般財団法人バイオインダストリー協会第4回バイオインダストリ
ー奨励賞 (2020).

ができた。

Fig.3 Flow-type subcritical fluid separation apparatus
Fig.2 Correlation between SP and eSP

Activities in 2020 (Publications)

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

量であることからエントロピー型溶解度パラメータ（Fig.2）と名付けた

The Hildebrand solubility parameter (SP) is useful for chemical engineering
processing, such as for extraction and separation techniques. Selecting
suitable solvents for production of targeted functional natural resources isusually difficult for high-pressure processing.

先端研究発表会に参加した。このうち前者では、共同研究者の工学研

Recently, we developed a flow-type subcritical fluid separation apparatus
for separating colors, flavors, and so on from targeted natural resources(Fig.3). The JASCO Corporation collaborated to make interlocking backpressure regulators and another related setup based on our timeprogramming regulation concept. This year, the subcritical fluid separation
apparatus was used to separate hop extract and perilla components.
Although the apparatus has not been widely used in other research, wewould like to conduct PR activities to promote the green separation
processes.

先端環境創成学専攻

利な指標である。これは、分子の配置配向は完全にランダムかつ混合

Application of our entropy-basedsolubility parameter

Development of flow-type subcriticalfluid separation

Fig.4 Results of prediction of retention time with separated
chemicals on supercritical fluid chromatography.
Coexistence Activity Report 202053

環境創成計画学講座

Ecomaterial Design and Process Engineering

環境材料表面科学分野

Environmental Materials Surface Science

低環境負荷社会に資する
新しい触媒材料の表面設計指針
Atomic-level design of novel catalyst materials for eco-friendly society

教授 和田山 智正

准教授 轟 直人

Professor

Associate Professor

Toshimasa Wadayama

Naoto Todoroki

水素社会実現に向けて、関連する新規材料の開発やその機能向上は必須の技術課題であり、そのための学理解明が求められている。触媒材料

れた Pt-Si ナノ粒子の透過電子顕微鏡像 (a) と EDS ラインプロファイ

を例にとれば、金属や合金、酸化物や炭素系材料表面における水素や酸素などの関連する表面反応を基礎的に理解することが、高効率触媒開発

ル (b) を Fig.1 に示した。試料は固溶体を形成しており、市販の Pt/

開発へ向けて必須となる。触媒活性とその反応が進行する材料表面の安定性（耐久性）の機構解明には、材料表面を原子レベルで構造規整する

C 触媒に比較して ORR 特性に優れることがわかった。

必要がある。本研究分野では、よく規定された (well-defined) 金属や合金の単結晶表面に加えて、構造規整したナノ粒子を実触媒のモデルとし、超高真空 (UHV) 下における分子線エピタキシ (MBE) 法やアークプラズ堆積 (APD) 法を駆使して気相合成し、そのミクロ構造を走査プローブ顕微鏡 (SPM)、走査透過電子顕微鏡 (STEM)、X 線光電子分光 (XPS)、低速イオン散乱分光 (LE-ISS) などの表面科学的手法を用いて議論するとともに、ボルタメトリーやオンライン電気化学質量分析 (OLEMS)、走査電気化学顕微鏡 (SECM) で評価した触媒特性との相関から、次世代電極材料開発に向けたナノ構造設計指針を得ることを目指している。

◯ Ir 系単結晶表面のアノード特性
アノード特性評価に用いた走査型電気化学顕微鏡 (SECM) を Fig.2に示した。SECM により評価した HOR の標準速度定数 (k0) から Ir
基本低指数面の HOR 活性を比較すると、対 Pt(111) 比で Ir(111) では約半分、Ir(100) の場合 1/3 程度と評価された。さらに、Ir(111)Comprehensive understandings of surface reactions on nano-sized metal- (alloy), oxide-, and carbon-related materials are essential for developing novel
nano-materials with superior catalytic properties. Our approach for the subjects are (i) preparations of well-defined single-crystal surfaces and nanoparticles
of alloys and metal compounds through dry-processes (molecular beam epitaxy; MBE and arc-plasma deposition; and APD) in ultra-high vacuum (UHV)
and (ii) electrochemical evaluations of catalytic properties for the UHV-prepared nano-structural catalyst models aimed for developments of practicalelectro-catalysts. We have routinely used UHV-MBE, UHV-APD, scanning probe microscopy (SPM), scanning transmission electron microscope (STEM),
X-ray photo-electron spectroscopy (XPS), low-energy ion-scattering spectroscopy (LE-ISS), electrochemical (EC) voltammetry, gas-chromatography(GC), on-line electrochemical mass spectrometry (OLEMS), scanning electrochemical microscope (SECM), and so forth to clarify the nano-material’s
surface reactions. Our research accomplishments directly relate to a true hydrogen-based society.

は Pt(111) と比較して測定電位領域に渡って H2O2 生成が抑制されており、Pt(111) に対して H2O2 生成電流は約 2 桁低い。したがって、
Ir 系触媒のアノード特性 (HOR 活性と H2O2 生成特性 ) は、表面原子配列に敏感であり、Pt 系触媒に比較して、特に H 2O2 生成抑制の点で優れている。

回転ディスク－オンライン電気化学質量分析
オンライン電気化学質量分析 (OLEMS) は、電極触媒反応時におPEMFC 用構造制御モデル触媒
それぞれ酸素還元反応 (ORR) および水素酸化反応 (HOR) が進行している。その触媒開発に向けて、現在 Pt を中心とする合金ナノ粒子の合成とその特性評価が精力的に行われている。触媒メカニズムの解
明には、活性・耐久性と触媒ナノ構造との関係を原子レベルで明らかにする必要がある。しかし、最表面近傍のミクロ構造と触媒特性の関(UHV; ~10 -8 Pa 中 ) とその特性解明を行っている。

◯ 気相合成 Pt-Si ナノ粒子のカソード特性
アークプラズマ堆積法 (APD) により Si ナノ粒子を UHV 中で気相合成後、Pt を電子ビーム蒸着し、シングルナノメートルサイズの Pt-Si
粒子を作製し、その ORR 特性（活性および耐久性）を検討した。得ら

Fig.1 TEM image (a) and EDS line-profile (b) of the UHV-synthesized
Pt-Si nanoparticles.

54 Coexistence Activity Report 2020

◯ Single-nanometer-scale Pt-Si particles (Pt-Si NPs) were synthesized
via the arc-plasma deposition (APD) of Si and the arc-plasma deposition of
Si NPs, followed by e-beam deposition of metal elements (Pt) in UHV. In
addition, the ORR properties were investigated (activity and durability).

Fig.2 Scanning electrochemical microprobe (SECM).

り、電極近傍分子挙動をその電位依存性から議論可能である。我々は、OLEMS に対して、電極表面への反応分子の物質供給を制御可能な回転ディスク電極 (RDE) と組み合わせたその場分析装置 (RDEOLEMS) を新規開発し、Pt 電極表面における ORR や Au ナノ粒子
表面における電気化学的 CO2 還元反応 (ECR) 適用しその有効性を検討した。Fig.3 に O2 飽和 0.1M 過塩素酸中で測定した Pt およびAu 電極の LSV 曲線 ( 黒 ) および MSCV 曲線 ( 赤 ) をそれぞれ示す。
新規開発した RDE-OLEMS を用いて、電極表面近傍に存在する O2◯ Anode properties of Ir(hkl) single crystal surfaces
Fig.2 shows a scanning electrochemical microscope (SECM) used forevaluations of anode (HOR and hydrogen peroxide (H 2O2) generation)
properties. All the vacuum-prepared, clean Ir, and Ir-based alloy surfaces
showed HOR activity, accompanied with less-active H 2O2 generation
properties in comparison to that for clean Pt(111). For example, HOR
activities of Ir(111) and Ir(100) were estimated to be 1/2 and 1/3 of Pt(111),
respectively, and the corresponding H 2O2 generation current of Ir(111) is
two orders of magnitude lower than clean Pt(111). The results showed theanode properties of Ir are sensitive to surface atomic arrangements and aresuperior to Pt, particularly for the H 2O2 generation property.

Rotating disk electrode-online electrochemical
mass spectrometry (RDE-OLEMS)
On-line electrochemical mass spectrometry (OLEMS) has been establishedand widely used for various electrochemical reactions to investigate thepotential-dependent behaviors of reacting and product molecules. We
developed a new rotating disk electrode-online electrochemical mass
spectrometry (RDE-OLEMS) apparatus to investigate potential-dependent
molecular behaviors in electrode surface vicinity under mass transportcontrolled conditions of reacting molecules (e.g., ORR on the Pt electrodeand CO2 electrochemical reduction reaction on the Au electrode). Fig.3
shows LSV and MSLSV curves of Pt and Au electrodes measured in O 2 saturated 0.1 M HClO4. The curves clearly indicate that dynamic,
potential-dependent behavior of O2 present near electrodes can beevaluated by using the RDE-OLEMS.

の印加電位依存性が評価可能であることがわかる。

Research project, award

研究プロジェクト、受賞

We have performed NEDO, JST SAKIGAKE, JSPS KAKENHI. Our
students presented 11 papers in domestic conferences and received twoawards. (Fig.4)

NEDO,JST さきがけ ,JSPS 基盤研究 (B) などの研究プロジェクトを実施し、学生は成果報告を 11 件行った。( 内 2 件受賞 ; Fig.4)

Fig.3 LSV (black) and MS-LSV (red) of Pt (top) and Au (bottom)
electrodes in O2-saturated 0.1 M HClO4.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

係性については未解明の部分が多い。我々は、モデル触媒の気相合成

Pt-based alloy nanoparticles are effective catalysts for cathodes and anodes
for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Under the operating
condition of a PEMFC, an oxygen reduction reaction (ORR) and a hydrogenoxidation reaction (HOR) proceed at the cathode and anode, respectively. For
comprehensive understandings of ORR and HOR mechanisms, complex
nano-structures of the practical catalysts should be modeled and investigated.
This year, we fabricate Pt-based and Ir-based model catalysts in an ultra-highvacuum (UHV; ~10-8 Pa) and discuss correlation between the topmost
surface atomic structures and catalytic properties.

ける電極近傍に存在分子の質量数 (m/z) をその場分析する手法であThe Pt-Si NPs are mainly comprised of solid solution of Pt-Si. Fig.1 shows
the TEM image (a) and EDS line-profile (b) for the UHV-synthesized Pt-Si
nanoparticles. The ORR properties of the Pt-Si NPs are higher than thecommercial Pt NPs-supported carbon (Pt/C) benchmark catalyst.

先端環境創成学専攻

固体高分子形燃料電池 (PEMFC) のカソードおよびアノードでは、

Well-defined model catalyst studies
for PEMFCs

Group PhotoFig.4 Certificates of academic awards.

Coexistence Activity Report 202055

寄附講座（フロンティア・ラボ ）反応解析機器開発学

Endowed Division (Frontier Laboratories Ltd.)

Innovative Analytical Pyrolysis

世界最先端の熱分解分析機器および分析技術の開発を目指して
Towards Development of Innovative Analytical Pyrolysis Technologies

熱分解 - ガスクロマトグラフィー / 質量分析法（Py-GC/MS 法）による高分子のキャラクタリゼーション、廃プラスチックのリサイクルやバイオ
マス資源の有効利活用に向けた高分子の分解反応評価、これらを可能とする新しい分析手法および分析機器開発（熱分析装置、ガスクロマトグラフ、
質量分析装置、それらの周辺機器など）を行っている。また、フロンティア・ラボが有する海外拠点を通じて研究成果を世界に発信、海外との研究交流や共同研究を実施することで、グローバル人材の育成にも積極的に取り組む。
We are developing innovative pyrolysis technologies, such as pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS), and the related equipment
for polymer characterization and development of pyrolysis processes for feedstock recovery from waste plastics and biomass resources. We are also trying
to develop human resources capable of global perspectives through international collaborative researches and seminars with Frontier Laboratories’ global
branch offices.

教授 吉岡 敏明

准教授 渡辺 壱

助教 熊谷 将吾

Professor（兼務）

Associate Professor

Assistant Professor（兼務）Toshiaki Yoshioka

Atsushi Watanabe

Shogo Kumagaiとなった。本研究成果は、アメリカ化学会の Analytical Chemistry
へ 2020 年 9 月 23 日 付 け で 掲 載 さ れ、 そ の カ バ ー イメー ジ がSupplementary Cover として選出された（Fig.2）。

PYRO ASIA 2020 国際会議の企画運営
熱分解法は、環境科学、材料科学、生物学、薬学、法科学、考古学、食品科学、地質学など、非常に幅広い分野に応用される手法である。アジア地域における熱分解コミュニティーの充実や熱分解研究
分野の発展に向けて、PYRO ASIA FORUM が 2019 年に設立され、渡辺准教授・熊谷助教はそのフォーラム立ち上げにも貢献した。今年は、

熱分解－気相誘導体化－ GC/MS 法を開発
―高沸点・高極性熱分解生成物の簡便・迅速なオンラ
イン GC/MS 分析を実現―
本講座では、ポリマーの構造解析よび廃プラスチックやバイオマスを化学原料に転換するための手法として、熱分解法に着目している。熱分解法は不活性ガス雰囲気下において「熱」によって種々の化学結合を切断する手法である。本講座では、小型熱分解装置（通称：パイロライザー）を用いてポリマーを熱分解し、熱分解によって生じる揮発生
し、ポリマーの種類によっては、熱分解してもなお、高沸点・高極性・高反応性化合物の生成は避けられず、GC/MS によりこれらを直接分析することは困難である。
今 年、本講座では、タンデム μ - リアクターと呼ぶ二段の独 立
熱源を有する小型熱分解装置を用いて、ポリマーの熱分解生成物の直接気相誘導体化およびオンライン GC/MS 分析する新手法を開であった、高沸点・高極性・高反応性化合物のモニタリングが可能

Fig.1 Developed tandem μ-reactor-gas phase
derivatization-GC/MS system.

56 Coexistence Activity Report 2020

We developed a novel pyrolysis-gas-phase derivatization-GC/MS (PyGPD-GC/MS) technique (Fig.1), allowing the pyrolysis of polymers andthe subsequent direct gas-phase derivatization of pyrolyzates, employing amodified tandem μ-reactor-GC/MS system. This work was published in

Fig.2 Selected Journal Supplementary Cover by Analytical
Chemistry (American Chemical Society)

ン開催され、吉岡教授・熊谷助教は大会組織委員として企画運営を行った。吉岡教授はパネリストとして、渡辺准教授は Invited Talk 講師として、熊谷助教はパネルディスカッションのモデレーターとして、またElsevier やジャーナルエディターらを招待して論文執筆セミナーを開催した。アジア地域における熱分解研究分野の発展および本大会の成功

Pyrolysis is widely applied in broad fields, such as environmental,
biological, medical, forensic, cultural heritage, food, geochemical,
polymer, and materials science. PYRO ASIA FORUM was established topromote pyrolysis-related research and update pyrolysis technologies in
the Asia region last year. Dr. Watanabe and Dr. Kumagai contributed to theestablishment of this forum.
Prof. Yoshioka and Dr. Kumagai planned and managed the PYRO ASIA
2020 online conference as scientific committee members this year.
Furthermore, Prof. Yoshioka participated in this conference as a panelist;
Dr. Watanabe provided the invited talk; and Dr. Kumagai managed thepanel discussion and held a “Special session with journal editors” bycollaborating with Elsevier, giving young researchers an opportunity tolearn how to write good scientific papers.

に大きな貢献を果たした。

査読付原著論文

招待講演[1] S. Kumagai* and T. Yoshioka, “Latest Trends in Pyrolysis

1. A . Watanabe, “Recent advancement of P yrolysis Gas

Gas Chromatography for Analytical and Applied Pyrolysis of
Plastics”, Anal. Sci ., 37, 145 (2021). Invited paper[2] Y. Nishi yama , S. Kumagai *, T. Kameda , Y. Sai to, A .
Watanabe, C. Watanabe, N. Teramae, T. Yoshioka, “Direct
Gas-Phase Derivatization by Employing Tandem μ -ReactorGas Chromatography/Mass Spectrometry: Case Study of
Trifluoroacetylation of 4,4′-Methylenedianiline”, Anal. Chem .,92, 14924 (2020).
[3] K. Matsui*, T. Ishimura, M. Mattonai, I. Iwai, A. Watanabe, N.
Teramae, H. Ohtani, C. Watanabe, “Identification algorithm forpolymer mixtures based on Py-GC/MS and its application for
microplastic analysis in environmental samples”, J. Anal. Appl.
Pyrol ., 149, 104834 (2020).

Chromatograph System for Analysis of Microplastics”, PYROASIA 2020 , December 11-13, 2020.

2. S. Kumagai, “Pyrolysis-gas chromatography for analyticaland applied pyrolysis of polymeric materials”, BIOMASA2020 ,October 23, 2020.
3. S. Kumagai, “Pyrolysis gas-chromatography for analyticalpyrolysis of polymers”, 令和２年度化学系学協会東北大会 , 2020 年 9月 26 日
4. 熊谷将吾、吉岡敏明 , “ プラスチックを取り巻く状況および石油・化学
産業の役割 ”, 第 126 回触媒討論会 , 2020 年 9 月 18 日
5. 熊谷将吾 , “ プラスチックを取り巻く状況およびリサイクルにおける高分子分析の重要性 ”, 高分子分析研究懇談会第 401 回例会 , 2020 年 8 月
21 日

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

発した（Fig.1）。本手法により、従来の熱分解 GC では測定が困難

Pyrolysis is considered a promising method for polymer characterization(in the field of analytical pyrolysis) and for chemical feedstock recovery
from polymeric wastes (in the field of applied pyrolysis) because it candecompose any polymeric material into smaller molecules by applying
heat alone in an inert atmosphere. Pyrolysis-gas chromatography (Py-GC)
involves pyrolyzing polymeric materials in a micropyrolyzer and asubsequent direct GC analysis of pyrolyzates. Py-GC has immense
potential for applications in the fields of analytical and applied pyrolysis,
as it allows for rapid and accurate analysis of pyrolyzates. This is beneficial
for elucidating the microstructure and composition of polymers and for a
rapid screening of pyrolysis conditions for designing feedstock-recycling
processes. However, the Py-GC/MS analysis of polymers with high boilingand high polar compounds is challenging, which limits the efforts toelucidate the pyrolysis mechanism and plastic characterization throughonline GC analysis.

PYRO ASIA 2020 国際会議が 2020 年 12 月 11 ～ 13 日にオンライ

Planning and Management of PYRO ASIA 2020
Conference

先端環境創成学専攻

成物を GC/MS により直接分析するアプローチを研究している。しかDevelopment of direct gas-phase derivatization
method by employing tandem μ-teactor-GC/MS

Analytical Chemistry (American Chemical Society), and the cover imageof this work was selected as a Supplementary Cover of this journal (Fig.2).

Fig.3 PYRO ASIA 2020

Coexistence Activity Report 2020

57

連携講座

Collaborative Divisions

環境適合材料創製学分野（日本製鉄株式会社） Process Engineering for Environmentally Adapted Materials( Nippon Steel Corporation)

安全・安心な高機能鉄鋼の製造技術を通して、
持続可能な社会に貢献
Development of manufacturing technology for safe and securehigh performance steels contributing to sustainable society
高機能鉄鋼製品は主原料として鉄鉱石から製造される。これらの製品は使用した後に、スクラップにされて、再度鉄原料に戻される。鉄は何度も再使用が可能な環境にやさしい材料である。同時に鉄鋼製造工程は大量の資源とエネルギーが必要で、地球環境に大きく関わるので、環境負荷を低減することが必要である。最近ではさらに震災や水害などの災害に対抗できる高機能鉄鋼材料が要求されている。私たちは持続可能な社
会や産業を構築することを使命として、この講座では環境に適応する特に安全・安心な高機能な金属材料とその製造プロセスと社会制度を探究し、計算科学を用いた基礎研究から企業研究のメリットを生かした大規模実験に基づく応用研究と高度な教育を行っている。
High-performance steels are made primarily from iron ore. At the end of steel products’ lives, they are scrapped and recycled as raw iron resources. Iron istherefore a reusable and environmentally friendly material. The steel manufacturing process, however, requires large amounts of resources and energy andaffects the environment worldwide. It is therefore necessary to reduce its environmental impact at all stages of production. High-performance steels, which
can effectively resist disasters, including earthquakes and floods, are in particularly high demand. We aim to establish a sustainable society and industry,so we are studying safe, secure environmentally adaptable materials and their production processes, as well as related social systems. We undertake
education and research via a fundamental study that applies computational science and application research to large-scale experiments owing to resourcesof the company.

客員教授 森口 晃治

客員教授 松村 勝

客員教授 大村 朋彦

Professor

Professor

Professor

Koji Moriguchi

Masaru Matsumura

Tomohiko Omura

金属系ポリタイプの形成機構に関する理論物性研究
Mg 合 金では、積 層多形（ポリタイプ）をベースとするシンクロ型
LPSO 構造、キンクバンド強化機構の発見といった新しい材料科学的知見が我が国から発信され、構造材料としての実用化のみならず、他の材料での機能創出への横展開につながることが期待される。ポリタ
イプの相安定性予測は、物性物理学や材料科学における永年の未解決問題でもある。これは、ポリタイプの原子論的相互作用が、その幾何学的構造の単純さにもかかわらず、驚くほど複雑で繊細であるという事
実に起因する。我々は、原子間相互作用の有効距離に応じてポリタイ
プ構造エネルギーの変化の振る舞いを理論考察し、原子間相互作用距
離が新しいポリタイプベースの材料を作成するための重要な要素であることを提案した（Fig.2）。

社会の安全・安心を担う環境配慮型構造用鉄鋼材料
私たちは、衝突安全性に優れた船体用鋼板やなどのように、地球環境に配慮した高機能鉄鋼材料の研究開発を行っている。これは国連で定めた SDGs（Sustainable Development Goals、持続可能な開発目標）にも整合する。建築物の 空間利用の効率化の観点から、小が、曲げ加工部分ではひずみ時効（温度と時間の重畳による靭性劣化）が課題である。本研究室では所定の窒素量以上で靭性の低下が起こること (Fig.1) や、ひずみに伴う転位密度と鋼の強度上昇の関係を明らかにするとともに、脆化を抑制する方法を提案している。また、建築物
や自動車の軽量化のため高強度鋼の需要が増しているが、高強度鋼で素の影響についても検討を行っている。

Fig.1 Influence of nitrogen concentration on Charpy absorbed energy at 0°
C.

58 Coexistence Activity Report 2020

高鉄品位な微粉鉄鉱石およびバイオマスを使用することが環境負荷低減に結び付く。微粉鉄鉱石を従来鉄鉱石 33%、生石灰 3% と共にペレット化（粒径 5-20mm）し、粉コークスおよびバイオマス炭と共に焼結充填層の下層 2/3 に配置する方法が、焼結プロセスの高生産性に有効である。即ち、粗大なグリーンペレット配置によって通気抵抗は低減し、焼結速度が加速する。一方、燃焼速度の異なる複数素材使用によって、高温保持時間は確保される。その結果、微粉鉄鉱石を 20%配合しても、焼結歩留および生産性の双方を維持可能となる実験結果を得た。ここで、粉コークスの 33％をバイオマス炭へ置換したので、
CO2 排出量が低減する。なお、ペレット化された造粒物は、焼結過程
において鉄鉱石由来の酸化鉄と生石灰由来の酸化カルシウムが化学反応し、被還元性の良好なカルシウムフェライトを形成した（Fig.3）。

Fig.2 Theoretical descriptiveness on polytype energetics as afunction of cutoff radius for interatomic interaction.

The synchronized long-period stacking-ordered (LPSO) structures (i.e.,
polytypes) and their kink-band strengthening mechanism for Mg alloys
have been discovered in Japan. The knowledge of recent Mg-based alloys
is expected to be not only adapted for practical applications but also used
for horizontal development to create new functions in other materials.
Predicting polytype phase stability for a material has been a long-standing
issue in condensed matter physics and materials science. This situation
stems from the fact that the atomistic interactions on polytype energetics,
surprisingly, might be quite complex and delicate, despite the simplicity of
the geometrical structure. We have studied the polytype structuralenergetics depending on the effective distance of their interatomic
interactions. The distance of interatomic interactions is a significant factor
for creating new polytype-based materials (Fig.2).

Designing packed bed for low environmental load
at iron ore sintering process
Using high-grade fine iron ore and biomass is effective to reduce
environmental load. Fine iron ore is coarsely pelletized (particle size :5-20 mm), with 33% conventional iron ore and 3% quick lime. Then, thecoarse pellets are charged at the lower 2/3 of the sinter packed bed, withcoke fine and biomass char. This design is effective for high sinterproductivity. That is, the sinter packed bed, including coarse pellets, shows
the low ventilation resistance, which results in high sintering rate. On theother hand, the high temperature holding time is secured by using aplurality of materials having different combustion rates. As a result, we
obtained experimental results that can maintain the sintering yield andproductivity, even when 20% of fine iron ore is blended. Here, 33% of thecoke breeze was replaced with biomass char, resulting in reduced CO2
emissions. In the pellet, iron oxide in the iron ore and calcium oxide in thequick lime chemically reacted in the sintering process to form calcium
ferrite with good reducibility (Fig.3).

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

は水素による脆化が問題となる。水素拡散や脆化挙動に及ぼす合金元

We have conducted research and development of high-performance steelsfrom the blast furnace process, such as highly ductile steels for shipbuilding
with excellent crashworthiness, or structural steels with high toughness,
which are friendly to the global environment. This complies with theUnited Nations’ Sustainable Development Goals (SDGs). Recently, demand
for a large-scale press–column type steel framework, which has sufficienttensile strength under the small cross-sectional area, is increasing to save
space. However, there is a problem of reduction in toughness at the bended
parts of the structural steel due to strain aging, a phenomenon that is afunction of temperature and time. In this study, the effect of nitrogen, oneof impurity elements in steel, was investigated. It was clarified that
reduction in toughness occurred beyond a critical concentration of
nitrogen, and the nitrogen effect was explained by an increase in strength

鉄鉱石プロセスの低環境負荷のための焼結充填層設計

Theoretical study on formation mechanisms ofmetallic polytypes

先端環境創成学専攻

断面積で強度を保証できる プレスコラム が 大型鉄骨柱に使用される

Structural steels for a safe and secure society
adapting to the environment

level due to strain aging. Additionally, demands for high-strength steels
are now increasing for weight reduction of infrastructures or automobiles.
An increase in strength may cause embrittlement due to hydrogen
absorption. Then, we will investigate the effects of alloying elements insteel on hydrogen diffusion and embrittlement.

Fig.3 Mineral formation in sintered pellet.

Coexistence Activity Report 2020

59

連携講座

Collaborative Divisions

地球環境変動学分野（国立環境研究所） Global Environment (National Institute for Environmental Studies)

グローバルな大気環境や炭素循環の変化を捉える
Observation of Global Atmospheric Environment and Carbon Cycle Changes

客員教授 中島 英彰
Professor

Hideaki Nakajima

客員教授 町田 敏暢
Professor

Toshinobu Machida

当講座では地球規模の大気環境変動に関わる大気化学成分の分布や経時変化を計測する観測技術、陸域における炭素収支の観測技術、なら

0.984 ± 0.002 ppt year -1 よりは若干小さな値を示した。昭和基

びに地球温暖化を含めたグローバルな大気環境変動解析に関する研究と教育を行っている。具体的には、人工衛星、航空機、船舶、地上観測に

地における 2007 ～ 2016 年の FTIR 観測データから得られた HFC-

よる大気成分や雲、エアロゾル、ならびにそれらの地表プロセスの観測技術、地上からの各種の遠隔計測技術の開発、アジアや南極、シベリア

23 の増加トレンドは 0.823 ± 0.075 ppt year -1 を示し、この値はを含む北極など世界各地における観測活動ならびに取得したデータの処理アルゴリズム、データ解析を行うことによって地球規模での大気環境変

AGAGE の Cape Grim (40.7ºS, 144.7ºE) における同時期の増加ト動の原因究明に向けた研究を実施している。

レンドである 0.874 ± 0.002 ppt year -1 と整合的である。我々の解In cooperation with the National Institute for Environmental Studies, we are carrying out research on the global atmospheric environment, such as global
warming and air pollution. For that purpose, we are developing measurement techniques on atmospheric composition changes and terrestrial carbon
budgets. We conduct research and education on measurement principles, data processing algorithm, field experiments, and data analysis on the basis of
specific cases of remote sensing and in situ technologies. We also develop applications for atmospheric compositions/clouds/aerosols and their surface
processes, utilizing such instruments as satellite-borne, air-borne, ship-borne, and ground-based sensors. We conduct field measurements in Asia,
Antarctica, and the Arctic including Siberia, and we study global atmospheric environmental change by analyzing these data.

北海道陸別と南極昭和基地における FTIR 観測による
HFC-23 の解析手法の開発とトレンド解析
我 々は、 北 海 道 陸 別 (43.5ºN, 143.8ºE) に お ける 1997 年 ～2020 年までの FTIR 観測データおよび 2007, 2011, 2016 年の 3
年間の南極昭和基地 (69.0ºS, 39.6ºE) における FTIR 観測データ
よる解析は SFIT4 と呼ばれる解析プログラムを用いてなされた。解析に影響を及ぼす H 2O, HDO, 及び CH4 の鉛直プロファイルは、解析とは別の波長を用いて事前に決定された値を用いた。FTIR によって導出された HFC-23 のカラム全量の値は、AGAGE の地上サンプリ
ング観測によって得られた値と比較された。陸別において FTIR 観測によって得られたコンタミの少ない 1997 ～ 2010 年の 12 月～ 2 月
ppt year -1 と見積もられ、この値は AGAGE による結果（0.820 ±0.011 ppt year -1）と良い一致を見た。同様に 2007 ～ 2020 年のトレンドは 0.894 ± 0.099 ppt year -1 と見積もられ、この結果はAGAGE の Trinidad Head (41.1ºN, 124.2ºW) のトレンドである

球科学連合発行の Atmospheric Measurement Technique 誌に投稿され、現在査読中である。

タイ・バンコク上空における温室効果ガス鉛直勾配の季節変動
2017 年より東京とタイ・バンコクを結ぶ路線上において、日本航Development of analysis method of HFC-23 and its
trend analysis using FTIR data at Rikubetsu, Japan,
and Syowa Station, Antarctica

空が 運 航する航空機 上で自動大気採 取装置（ASE）を用いて定期

We have developed a procedure for retrieving atmospheric abundances of
HFC-23 (CHF3) with a ground-based Fourier transform infrared
spectrometer (FTIR), and analyzed the spectra observed at Rikubetsu,
Japan (43.5ºN, 143.8ºE), and at Syowa Station, Antarctica (69.0ºS, 39.6ºE).
The FTIR retrievals were carried out with the SFIT4 retrieval program.
Vertical profiles of H 2O, HDO, and CH4 are preliminarily retrieved withother independent spectral windows because these profiles may induce
large uncertainties in the HFC-23 retrieval. For comparison between
FTIR-retrieved HFC-23 total columns and surface dry-air mole fractions
provided by AGAGE (Advanced Global Atmospheric Gases Experiment),
the FTIR-retrieved HFC-23 dry-air column-averaged mole fractions were
calculated. The trend derived from the FTIR-retrieved HFC-23 data at
Rikubetsu for December to February (DJF) during the 1997–2010 period
is 0.817 ± 0.087 ppt (parts per trillion) year-1, which is in good agreementwith the trend derived from the annual global mean datasets of the AGAGE
12-box model for the same period (0.820 ± 0.011 ppt year-1). The trend of
the FTIR-retrieved HFC-23 data at Rikubetsu for DJF data over the 2007–2020 period is 0.894 ± 0.099 ppt year-1, which is smaller than the trend inへの下降中に採取している（Fig.3）。国立環境研究所において CO2 ,的な大気採取を実施している。水平飛行中に 6 本のサンプルを高度9-13km の上部対流圏で採取し、残りの 6 本はバンコク空港（BKK）
CH4 , N 2O, SF6 , CO, H 2 の各濃度の分析が実施される。
高度 3km における 10km との濃度差として計算される自由対流圏
における CO2 濃度の鉛直勾配は 6 月に負の値を示す。これはバンコ
クやその風上地域における夏季の陸上生態系の CO2 吸収を反映したものと考えられる。大気中の CH4 は地上の放出源と大気中の化学反応による吸収源の存在により一般には正の鉛直勾配を持つはずであるが、バンコク上空では 6 月から 11 月にかけて負の勾配が見られる。
これは南アジアなどの CH4 放出域からの影響を、バンコク上空では高高度ほど強く受けていることを示唆する結果である。大気中の CO
は CH4 と同様に地上に放出源があり大気中の反応で消滅する気体であるが、観測された鉛直勾配がほぼ中立であることからも高高度ほど輸送の影響が強いとの仮定が支持される。CO と CH4 の鉛直勾配は
月ごとの変動が極めて良く位置している（Fig.4）。この一致はバンコク

Seasonal variations of vertical gradients in
atmospheric greenhouse gases overBangkok, Thailand
Since 2017, a commercial airliner operated by Japan Airlines on the routefrom Tokyo to Bangkok, Thailand, using Automatic air Sampling Equipment(ASE), has conducted monthly air sampling. Six samples are collected during
the level flight in upper troposphere between 9 and 13 km, and another six are
sampled during descent of the aircraft to Bangkok airport (BKK) as shown in
Fig. 3. The mixing ratio of CO2 , CH4, N2O, SF6, CO, and H2 are analyzed in
the National Institute for Environmental Studies.
The vertical gradient in the CO2 mixing ratio in the free troposphere,
calculated by subtracting the mixing ratio at 10 km from that at 3 km,
shows negative values in June because of the summer CO2 uptake from theland vegetation around BKK and the upstream area. In spite of the presenceof surface source and atmospheric loss through chemical reactions, CH4
mixing ratio show a negative gradient from June to November. It issuggested that the air in the upper troposphere over BKK is highly
influenced by the air mass from strong-emission areas, such as south Asia.
The vertical gradients in the CO mixing ratio are rather neutral. As
atmospheric CO is also influenced by surface source and chemical sink in
the air, a neutral gradient indicates effective air transport in the upper
troposphere from an emission area. The seasonal change in the CO
gradient is quite similar to that in CH4 (Fig.4). This similarity strongly
suggests that long-range transport is crucial for understanding the vertical
distribution of atmospheric trace gases over the BKK area.

域上空における大気微量成分の分布を理解するには大気の長距離輸送を考慮することが極めて重要であることを示唆している。

Fig.1 (a) Time-series of the FTIR-retrieved HFC-23 total columns withtotal random errors at Rikubetsu, Japan and Syowa Station, Antarctica.
(b) The fitted RMS errors on individual retrieved total column. The colorcoding show the solar zenith angle (SZA) of observations.

60 Coexistence Activity Report 2020

Fig.2 Time-series of the monthly mean FTIR-retrieved HFC-23 mixing ratios
at Rikubetsu and Syowa Station, along with the AGAGE in-situ measurements
at CGO and THD, and the annual global mean mole fractions and the Cape
Grim Air Archive samples, which were reported by Simmonds et al. (2018).

Fig.3 Air sampling points (red circles) on the route between Tokyo and
Bangkok. Green square indicates the location of Bangkok airport.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentのデータから得られた HFC-23 の増加トレンドは 0.817 ± 0.087

ることが世界に先駆けて明らかとなった。なお、本研究成果は欧州地

先端環境創成学専攻

から、HFC-23 (CHF3) の濃度を導出する手法を開発した。FTIR に析により、FTIR 観測データから HFC-23 のトレンド解析が可能とな

the AGAGE in-situ measurements at Trinidad Head (41.1ºN, 124.2ºW) for
the 2007–2019 period (0.984 ± 0.002 ppt year-1). The trend computed fromthe HFC-23 datasets at Syowa Station during the 2007–2016 period is0.823 ± 0.075 ppt year-1, which is consistent with that derived from the
AGAGE in-situ measurements at Cape Grim (40.7ºS, 144.7ºE) for the same
period (0.874 ± 0.002 ppt year-1). Although there are systematic biases on
the FTIR-retrieved HFC-23 at both sites, these results indicate that groundbased FTIR observations have the capability to monitor the trend of
atmospheric HFC-23.

Fig.4 Seasonal variations in vertical gradient of CH4 andCO over Bangkok.
Coexistence Activity Report 202061

環境研究推進センター

Environmental Research Promotion Center (ERPC)

環境研究推進センター

環境研究推進センターの取組み
Activities of Environmental Research Promotion Center

特任准教授 大庭 雅寛
Associate Professor

環境研究推進センターは 2017 年 7 月に設立され、本学の環境教育研究活動の推進・地域連携・産学官連携の取組み等を通じて環境に関す

Masahiro Oba

助手 三橋 正枝Research Associate

Masae Mitsuhashi

る研究成果の社会実装を図ることを目的とし活動している。環境科学研究科では、地球温暖化・自然共生・エネルギー・資源循環といった、環推進と共に、研究分野間相互に連携しながら人と社会に影響を与えていく「研究成果の体系化」を図っていくことが重要である。
環境研究推進センターは、環境に関する研究推進、地域連携・産学官連携等を通じて研究成果の社会実装の実現を図るとともに、研究のアウトリー
チ活動・環境教育の推進・研究成果の普及啓発等を積極的に行っている。
2020 年度は全学的組織となる学際研究重点拠点【「エネルギー価値学創生研究推進拠点（拠点長：土屋範芳研究科長）」、「プラスチックスマー
ト戦略のための超域学際研究拠点（拠点長：松八重一代教授）」】の 2 拠点の活動に協力した。環境研究推進センターはその事務局的役割も担っている。また ZEB（Net Zero Energy Building）の普及促進のため、「みやぎ ZEB 研究会」を立ち上げ、シンポジウムを開催した（Fig.1）。
さらに科研費や各種研究費の情報収集や分析を行い、応募する研究者への協力を行っている。
The Environmental Research Promotion Center (ERPC) was founded in July 2017. Through its activities, such as in promoting environmental education and ouruniversity’s research activities, as well as various projects in coordination with the area or with industry, academic, and governmental organizations, its aim is
to apply the results of environmental studies to society. The Graduate School of Environmental Studies works on up-to-date studies that are deeply related to theenvironment, namely global warming, symbiotic relationships with nature, energy, and resource recycling. Since these study fields are closely related to people’s
lives and values, it is important for us to coordinate studies among different fields and systematize study results while proceeding with individual studies.
Also, the ERPC is accelerating its environmental studies and projects to materialize actual application of study results to society in coordination with areaorganizations as well as industry, academic, and governmental organizations. At the same time, the ERPC makes positive efforts through publicity activities,
promoting environmental education, and spreading study results.
In FY2020, ERPC cooperated in the activities of two interdisciplinary research groups set up at Tohoku University (Interdisciplinary Studies of Novel
Values on Energy for Sustainable Development Society, Dean: Prof. Tsuchiya; TU-TRIPS: Tohoku University Transdisciplinary Research Initiative for
Plastic Smart, Dean: Prof. Matsubae). ERPC also has a secretariat role. To promote the spread of ZEB (net-zero energy building), we established the Miyagi
ZEB Study Group and held a symposium (Fig.1). In addition, we collect and analyze information on grants in aid of scientific research and various researchfunds, and we cooperate with researchers.

仙台市との連携
仙台市とは、2009 年連携協定を締 結した。2020 年 8 月には、郡和子仙台市長を表敬訪問し、今後の連携について意見を交わした（Fig.2）。また 11 月には仙台市副市長らとの情報交換会を行い、今後の展望について意見を交わした。

その他の地方自治体との連携
2017 年に連携協定を締結した仙北市とは、今年度も、土屋研究室
が「玉川強酸性温泉水と廃アルミニウムを用いた水素製造の実証実験」の研究を受託し、環境研究推進センターは、その申請書の作成および実験に協力した。
2019 年に和泊町との連携協定を締結し、アドバイザーとして第 6次総合振興計画の策定に携わり監修を行った。また 2020 年度は、それらの事業推進アドバイザーとして事業の監修を務めた。また和泊町役場および沖永良部高校で講演を行い、SDGs の普及活動を行った（Fig.3）。

エネルギー価値学創成研究推進拠点2019 年 4 月に学際研究重点拠点として「エネルギー価値学創生研
究推進拠点（拠点長：土屋範芳研究科長）」が認定された。本年度は、「エネルギー価値学」の発展・普及を促進することを目的として、エネルギー関連研究に取り組む本拠点構成員によるウェビナーの作成と配宮城県との連携
環境科学研究科は、2004 年に宮城県と連携協定を締結した。本年度は宮城県環境生活部との意見交換会を 10 月に行い、今後の展望について意見を交わした。また「みやぎ ZEB 研究会」の発足とシンポジ
ウム開催を連携して行った（Fig.1）。

Fig.1 Symposium of Miyagi ZEB Study Group.

62 Coexistence Activity Report 2020

Cooperation with Miyagi Prefecture
The Graduate School of Environmental Studies has had a cooperationagreement with Miyagi Prefecture since 2004. A roundtable discussion
with the Environmental and Community Affairs Department, Miyagi
Prefectural Government, was held in October, 2020. In addition, with
Miyagi Prefecture’s cooperation, the Miyagi ZEB Study Group wasestablished, and the symposium was held in collaboration (Fig.1).

Fig.2 Courtesy call to the mayor of Sendai.

信を行った（Fig.4）。

プラスチックスマート戦略のための超域学際研究拠点
2019 年 10 月に拠点認定された「プラスチックスマート戦略のための超域学際研究拠点（拠点長：松八重一代教授）」】の活動の一環で、2020 年から始まった仙台市が運営するプラスチックごみ削減に向けたチャレンジ推進サイトの制作にあたり、監修を行った。
（URL: https://pla-reduce.jp/about-plastictrash/）Fig.3 Lecture at Okinoerabu High School.

Cooperation with Sendai City
Our graduate school has had a cooperation agreement with Sendai City
since 2009. In August, 2020, we made a courtesy call to Kori Kazuko, themayor of Sendai, and exchanged opinions on future cooperation (Fig.2). In
November, an information exchange meeting was held with deputy mayorsof the City of Sendai.

Cooperation with other local governments
The Tsuchiya Laboratory was entrusted with the research project titled“Demonstration experiment of hydrogen production from waste aluminum
and Tamagawa Hot Spring acid water” by Senboku City, with which our
graduate school has concluded its 2017 cooperation agreement. The ERPC
also cooperated in preparing the application and the experiment for thisresearch project.

Environmental Research Promotion Center ( ERPC )境に深く関わる世界最先端の研究が進められているが、これらの研究分野は人々の暮らしや価値観と密接な関係があることから、個々の研究のLast year, our graduate school concluded cooperation agreements with
Wadomari and China towns. The ERPC was involved in the formulation of
the Sixth Comprehensive Promotion Plan as plan advisor and supervisor. In
2020, we supervised the project as a business promotion advisor for theplan. In addition, the ERPC gave a lecture at Wadomari Town Hall andOkinoerabu High School, where it promoted the SDGs.

Interdisciplinary Studies of Novel Values on
Energy for Sustainable Development Society
To promote the development and dissemination of a “philosophy of valueof energy,” we created and distributed webinar videos of the members of
this center who are conducting research related to energy.

TU-TRIPS: Tohoku University
Transdisciplinary Research Initiative for
Plastic Smart
Tohoku University Transdisciplinary Research Initiative for Plastic Smart(TU-TRIPS) was launched as a collaborative research group in October
2019. TU-TRIPS supervised the promotion website for reducing plastic
waste operated by Sendai City, which started in 2020.

Fig.4 Creation of webinar videos.

Coexistence Activity Report 202063

業績レポート
先進社会環境学専攻
基幹講座
資源戦略学講座
環境複合材料創成科学分野【論文】● Pt-Pd Nanoalloy for the Unprecedented Activation of
Carbon-Fluorine Bond at Low Temperature. [Bulletin of
the Chemical Society of Japan, 93(10), (2020), 1180-1185]
Raghu Nath Dhital, Keigo Nomura, Yoshinori Sato, Setsiri
Haesuwannakij, Masahiro Ehara, Hidehiro Sakurai【総説・解説】● 酸性水溶液中でのカーボンナノチューブの酸素還元反応触媒活性 .
[ 炭素 , 295, (2020), 185-193] 佐藤義倫

● Cupriavidus basilensis strain r507, a toxic arsenic
phy to ex t rac t ion facili tator, p otent iates t he arsenic
a ccu mu la t ion by P teris vit tata . [ Ecotox ico l o g y andEnvironmental Safety, 190(1), (2020), 110075] Chongyang Yang,
Ying-Ning Ho, Ryota Makita, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien● Enrichment and Analysis of Stable 1,4-dioxane-Degrading
Microbial Consortia Consisting of Novel Dioxane-Degraders.
[Microorganisms, 8(1), (2020), 50] Tanmoy Roy Tusher, Takuya
Shimizu, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien● Hydroponic approach to assess rhizodegradation by
sudangrass (Sorghum x drummondii ) reveals pH- and plant
age-dependent variability in bacterial degradation of polycyclicaromatic hydrocarbons (PAHs). [Journal of Hazardous
Materials, 387, (2020), 121695] John Jewish A. Dominguez,
Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien● Long-term effectiveness of microbe-assisted arsenic
phytoremediation by Pteris vittata in field trials. [Science of the
Total Environment, 740(20), (2020), 140137] Chongyang Yang,
Ying-Ning Ho, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien

環境素材設計学分野【論文】● Experimental and computational study on sintering of
ceramic coating layers with complex porous structures.
[Journal of the American Ceramic Society, 103(3), (2020),
2035-2047] Sota Terasaka, Hideaki Matsubara, Takashi
Shirato, Masanobu Kamitakahara, Taishi Yokoi, Norio
Yamaguchi, Byung‐Nam Kim● Ti(C,N) と Cr3C2 を複合添加した WC-Co 超微粒超硬合金の強度 .

● Molybdate recovery using immobilized bioengineered
Saccharomyces cerevisiae. [Hydrometallurgy, 198, (2020),
105491] Audrey Stephanie, Mei-Fang Chien, Naoya Ikeda,
Chihiro Inoue● Potential of biosurfactants' production on degrading heavy
oil by bacterial consortia obtained from Tsunami-induced
oil-spilled beach areas in Miyagi, Japan. [Journal of Marine
Science and Engineering, 8(8), (2020), 577] Sandia Primeia,
Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien【総説・解説】●微粒子 Ti(C,N) のピン止め効果による超微粒超硬合金（SCPT 合金）の開発 . [ 粉体および粉末冶金 , 67, (1), (2020), 24-26] 高田真之，森吉弘，堤友浩，松原秀彰●セラミックスの成形・焼結プロセスのシミュレーション. [ セラミックス ,55, (7), (2020), 518-522] 寺坂宗太，松原秀彰，野村浩

地球物質・エネルギー学分野【論文】● Characteristics of hydrogen production with carbon
storage by CO2 -rich hydrothermal alteration of olivine in thepresence of Mg-Al spinel. [International Journal of Hydrogen
Energy, 45(24), (2020), 13163-13175] Jiajie Wang, Noriaki
Watanabe, Atsushi Okamoto, Kengo Nakamura, Takeshi Komai● Crystallographic preferred orientation of talc determined

環境修復生態学分野

by an improved EBSD procedure for sheet silicates:【論文】

to Si-metasomatism. [American Mineralogist, 105(6), (2020),● A multifunctional rhizobacterial strain with wide applicationin different ferns facilitates arsenic phytoremediation. [Scienceof the Total Environment, 712(10), (2020), 134504] Chongyang
Yang; Ying-Ning Ho; Ryota Makita; Chihiro Inoue, Mei-Fang
Chien● Changes during the weathering of polyolefins. [Polymer
Degradation and Stability, 181, (2020), 109364] Guido Grause,
Mei Fang Chien, Chihiro Inoueproperties of Ni-YSZ composites under solid oxide fuel celltransition to shear. [Tectonophysics, 774, (2020), 228277-

operating conditions. [Journal of Materials Science, 55(20),228277] Atsushi Okamoto, Kazumasa Fuse, Hiroyuki Shimizu,(2020), 8679-8693] Satoshi Watanabe, Shinji Sukino, Taihei

Takatoshi Ito

Miyasaka, Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada,● Inferring fracture forming processes by characterizing

Toshiyuki Hashida

fracture network patterns with persistent homology.

【総説・解説】[Computers and Geosciences, 143, (2020), 104550] A. Suzuki,● Modeling current-voltage relationships of mixed conducting

M. Miyazawa, A. Okamoto, H. Shimizu, I. Obayashi, Y. Hiraoka, T.

cathode materials for solid oxide fuel cells. [Current Opinion in

Tsuji, P. K. Kang, T. Ito

Electrochemistry, 21, (2020), 274-282] Tatsuya Kawada● Rapid fluid infiltration and permeability enhancement during
middle-lower crustal fracturing: Evidence from amphibolitegranulite-facies fluid-rock reaction zones, Sør Rondane
Mountains, East Antarctica. [Lithos, 372-373, (2020), 105521-

エネルギー資源リスク評価学分野

105521] Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino,【論文】

Takayoshi Nagaya, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya● Silica controls on hydration kinetics during serpentinizationof olivine: Insights from hydrothermal experiments and areactive transport model. [Geochimica et Cosmochimica
Acta, 270, (2020), 21-42] Ryosuke Oyanagi, Atsushi Okamoto,
Noriyoshi Tsuchiya● Sparse isocon analysis: A data-driven approach for materialtransfer estimation. [Chemical Geology, 532, (2020), 119345]
Tatsu Kuwatani, Kenta Yoshida, Kenta Ueki, Ryosuke Oyanagi,
Masaoki Uno, Shotaro Akaho● Stabilizing and enhancing permeability for sustainable
and profitable energy extraction from superhot geothermal
environments. [Applied Energy, 260, (2020), 114306] Noriaki
Watanabe, Kohei Saito, Atsushi Okamoto, Kengo Nakamura,
Takuya Ishibashi, Hanae Saishu, Takeshi Komai, Noriyoshi
Tsuchiya● Thermodynamic modeling of hydrous- melt- olivine
equilibrium using exhaustive variable selection. [Physics of the
Kenta Ueki, Tatsu Kuwatani, Atsushi Okamoto, Shotaro Akaho,
Hikaru Iwamori● Transport and evolution of supercritical fluids during
the formation of the erdenet CU-MO deposit, Mongolia.
[Geosciences (Switzerland), 10(5), (2020), 201-221] Geri Agroli,Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya●東ドロンイングモードランド，セール・ロンダーネ山地 地学調査隊報
告 2019-2020 (JARE-61). [ 南極資料 , 64, (2020), 351-398] 河上
哲生 , 足立達朗 , 宇野正起 , 東野文子 , 赤田幸久

873-893] Takayoshi Nagaya, Atsushi Okamoto, Ryosuke

エネルギー資源学講座
分散エネルギーシステム学分野

Simon R. Wallis【論文】

to Reaction‐Induced Fracturing: Insights From Serpentinized
Troctolite and Numerical Models. [Journal of GeophysicalResearch: Solid Earth, 125, (2020), e(2020)JB020268] Kazuki
Yoshida, Atsushi Okamoto, Hiroyuki Shimizu, Ryosuke Oyanagi,

Implications for tsunami geology on the Pacific coast ofnortheast Japan. [Applied Geochemistry, 118, (2020), 104644104644] Takahiro Watanabe, Noriyoshi Tsuchiya, Shin-ichi
Yamasaki, Yuki Sawai, Norihiro Hosoda, Fumiko W. Nara, Toshio
Nakamura, Takeshi Komai● Characteristics of hydrogen production with carbon
storage by CO2 -rich hydrothermal alteration of olivine in thepresence of Mg-Al spinel. [International Journal of Hydrogen
Energy, 45(24), (2020), 13163-13175] Jiajie Wang, Noriaki
Watanabe, Asushi Okamoto, kengo Nakamura, Takeshi Komai● Consideration of strength development by three dimensional visualization of porosity distribution in coal fly ash
concrete. [Journal of Building Engineering, 35, (2020), 101948101948] Kengo Nakamura, Yuusuke Inoue, Takeshi Komai● Data-driven analysis for source apportionment andgeochemical backgrounds establishment of toxic elements
and REEs in the Tohoku region, Japan. [Chemosphere, 263,
in press, (2020), 128268-128268] Arie Pujiwati, Jiajie Wang,
Kengo Nakamura, Yoshishige Kawabe, Noriaki Watanabe,
Takeshi Komai● Hydromechanical properties of 3D printed fractures with
controlled surface roughness: Insights into shear-permeability
coupling processes. [International Journal of Rock Mechanics
and Mining Sciences, 128, (2020), 104271] T. Ishibashi, Y. Fang,
D. Elsworth, N. Watanabe, H. Asanuma● Nitrogen recovery via aquaponics in Nepal: current status,
prospects, and challenges. [SN Applied Sciences, 2(7), (2020),
Amrita Wagle, Takeshi Komai, Shukra Raj Paudel

Oyanagi, Yusuke Seto, Akira Miyake, Masaoki Uno, Jun Muto,● Fluid Infiltration Through Oceanic Lower Crust in Response● A geochemical approach for identifying marine incursions:

1192] Rishav Adhikari, Sriyanka Rauniyar, Nishan Pokhrel,

Implications for anisotropy at the slab–mantle interface due

Noriyoshi Tsuchiya
64 Coexistence Activity Report 2020

● Influences of Ni content and porosity on mechanical

Numerical simulation of en-echelon tensile fracturing andEarth and Planetary Interiors, 300, (2020), 106430-106430][ 粉体および粉末冶金 , 67, (1), (2020), 10-17] 高田真之，松原秀彰，
堤友浩，森吉弘，松田哲志● Impact of fluid pressure on failure mode in shear zones:● Determination of relevant factors affecting the surface
oxygen exchange coefficient of solid oxide fuel cell cathodewith ionic conducting oxide coating. [Solid State Ionics, 353,
(2020), 115372] R. A. Budiman, H. J. Hong, S. Hashimoto, K.
Yashiro, K. D. Bagarinao, H. Kishimoto, K. Yamaji, T. Kawada● Numerical Simulation of a Laboratory-scale Experiment
for the Hydrate Dissociation Process in Porous Media by
Acid Injection. [International Journal of Offshore and Polar
Engineering, 30(4), (2020), 501-512] Yasuhide Sakamoto, Yusuke
Nakano, Fuyuki Kaneko, Kengo Nakamura, Takeshi Komai● Numerical Study on the Application of In situ Lowtemperature Oxidation for Enhanced Recovery from Methane
Hydrate Reservoir. [International Journal of Offshore and Polar
Engineering, 30(2), (2020), 228-239] Yasuhide Sakamoto, Fuyuki
Kaneko, Yusuke Nakano, Kengo Nakamura, Takeshi Komai
Coexistence Activity Report 2020

65

● Regional landfill planning for improvement of waste

dispersed copper nanopar ticle inks. [COLLOIDS AND● Understanding the Multi-Faceted Drivers of Increasing Coal

Research, 59(45), (2020), 20112-20122] Jiaqi Lu, Shogo

management in Maputo, Mozambique. [Advances In Natural

SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING

Consumption in Indonesia. [Energies, 13(14), (2020), 3660]

Kumagai, Yasuhiro Fukushima, Hajime Ohno, Tomohito

And Applied Sciences, 14(3), (2020), 89-95] Chelsea Langa,

ASPECTS, 591, (2020), 124567] Shun Yokoyama, Junpei Nozaki,

Robi Kurniawan, Gregory P. Trencher, Achmed S. Edianto,

Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

Kengo Nakamura, Noriaki Watanabe, Takeshi Komai

Kenichi Motomiya, Norihito Tsukahara, Hideyuki Takahashi

Imam E. Setiawan, Kazuyo Matsubae● Combining pyrolysis-two-dimensional gas chromatography-● Stabilizing and enhancing permeability for sustainable

time-of-flight mass spectrometry with hierarchical cluster

and profitable energy extraction from superhot geothermal

analysis for rapid identification of pyrolytic interactions:environments. [APPLIED ENERGY, 260, (2020), 114306] Noriaki

Case study of co-pyrolysis of PVC and biomass components.

Watanabe, Kohei Saito, Atsushi Okamoto, Kengo Nakamura,

国際エネルギー資源学分野

Takuya Ishibashi, Hanae Saishu, Takeshi Komai, Noriyoshi

環境政策学講座【論文】

環境・エネルギー経済学分野

91-100] Shogo Kumagai, Asami Matsukami, Fumie Kabashima,【論文】

Saito, Toshiaki Yoshioka

Tsuchiya●高温環境における岩石き裂のすべり特性と透水性 . [ 日本地熱学会誌 ,accepted, (2020), ] 武山 詳 , 後藤 遼太 , 渡邉 則昭 , 坂口 清敏 , 土屋範芳
●石油系炭化水素を対象とした発光バクテリアを用いた簡易土壌汚染評
価手法の開発 2 ―メタン系炭化水素（アルカン類）に関する急性毒性評
価―. [ 地下水学会誌 , 62(1), (2020), 59-73] 杉田 創・駒井 武●石油系炭化水素を対象とした発光バクテリアを用いた簡易土壌汚染評
価手法の開発３ ―アルカン構造異性体に対する急性毒性評価―. [ 日本
地下水学会誌 , 62(4), (2020), 573-587] 杉田 創 , 駒井 武
【総説・解説】● SDGs に向けたサステナブル・レメディエーション. [ 環境工学連合大会講演集 , (2020), 29] 駒井武【著書】●二酸化炭素ハイドレートの実験的研究 . [ 日本のガスハイドレート研究の歩み―黎明期から最先端まで―, (2020), 日本工業出版 ] 駒井武 , 内
田勉 , 竹谷敏 , 駒井武● A geochemical approach for identifying marine incursions:
Implications for tsunami geology on the Pacific coast ofnortheast Japan. [Applied Geochemistry, 118, (2020), 104644]
Takahiro Watanabe, Noriyoshi Tsuchiya, Shin-ichi Yamasaki,
Yuki Sawai, Norihiro Hosoda, Fumiko W. Nara, Toshio
Nakamura, Takeshi Komai● Characteristics of hydrogen production with carbon
storage by CO2 -rich hydrothermal alteration of olivine in thepresence of Mg-Al spinel. [International Journal of Hydrogen
Energy, 45(24), (2020), 13163-13175] Jiajie Wang, Noriaki
Watanabe, Atsushi Okamoto, Kengo Nakamura, Takeshi Komai● Divestment trends in Japan's international coal businesses.
[Renewable and Sustainable Energy Reviews, 124, (2020),
109779] Gregor y Trencher, Christian Downie, Koichi
Hasegawa, Jusen Asuka● Fluid Infiltration Through Oceanic Lower Crust in Response
to Reaction Induce d Fracturing: Insights From Serpentinized
Troctolite and Numerical Models. [Journal of GeophygicalResearch, 125(11), (2020), e(2020)JB020268] Kazuki Yoshida,

環境共生機能学分野

cell vehicles considering land disturbances. [Resources,
Conservation and Recycling, 166, (2020), 105256] Shoki
Kosai, Kenyu Matsui, Kazuyo Matsubae, Eiji Yamasue, Tetsuya
Nagasaka● Trends in the food nitrogen and phosphorus footprints
for Asia’s giants: China, India, and Japan. [Resources,
Conservation and Recycling, 157, (2020), 104752] Oita, A.,
Wirasenjaya, F., Liu, J., Webeck, E., Matsubae, K.
● Understanding the multi-faceted drivers of increasing coalconsumption in Indonesia. [Energies, 13(14), (2020), 3660]
Robi Kurniawan, Gregory P. Trencher, Achmed S. Edianto,
Imam E. Setiawan, Kazuyo Matsubae【総説・解説】●エネルギー転換による鉱物資源リスクとサーキュラー・エコノミー . [ 東京財団政策研究所 Review, 6, (2020)] 平沼光 , 松八重一代 , 中川恒彦 ,中島賢一● Control of galvanic replacement reaction between Cu

vehicles: Governance strategies and experiences in Japan.

nanowires and Ag species under vacuum filtration for[Energy Policy, 142, (2020), 111533] Gregory Trencher, Araztransparent conductive films with long-term durability. [Colloids

Taeihagh, Masaru Yarime

and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects,● Rapid fluid infiltration and permeability enhancement during611(20), (2020), 125809] Shun Yokoyama, Yuta Umemotoa,

middle-lower crustal fracturing: Evidence from amphibolite-

Kenichi Motomiyaa, Takashi Itohb, Hideyuki Takahashia

granulite-facies fluid-rock reaction zones, Sør Rondane● Functional Group Distribution of the Carrier Surface

Mountains, East Antarctica. [Lithos, 372–373, (2020), 105521]

Influences Adhesion of Methanothermobacter

Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Fumiko Higashino, Takayoshi

thermautotrophicus. [Archaea, (2020), (2020), 1-8] Masaki

Nagaya, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya

Umetsu, Takaaki Sunouchi, Yasuhiro Fukuda, Hideyuki● Revisiting carbon lock-in in energy systems. [Energy Research

Takahashi, Chika Tada

& Social Science, 69, (2020), 101770] Gregory Trencher● Morphological control of carbon-supported Pt-based● Silica controls on hydration kinetics during serpentinization

nanoparticles via one-step synthesis. [Nano-Structures &of olivine: Insights from hydrothermal experiments and a

Nano-Objects, 22, (2020), 100443-100443] Tatsuichiroreactive transport model. [Geochimica Cosmochimica Acta,

Nakamoto, Ryohei Seki, Ken-ichi Motomiya, Shun Yokoyama,

270, (2020), 21-42] Ryosuke Oyanagi, Atsushi Okamoto andKazuyuki Tohji, Hideyuki Takahashi

Noriyoshi Tsuchiya● Precursor-templated synthesis of thermodynamically● Strategies to accelerate the production and diffusion ofunfavored platinum nanoplates for oxygen reduction reaction.

fuel cell electric vehicles: Experiences from California. [Energy[Dalton Transactions, 49(44), (2020), 15837-15842] Tatsuichiro

Reports, 6, (2020), 2503-2519] Gregory Trencher

Nakamoto, Ken-ichi Motomiya, Shun Yokoyama, Hideyuki● Transport and Evolution of Supercritical Fluids During

Takahashi

the Formation of the Erdenet Cu-Mo Deposit, Mongolia.

● Strong adhesion of polyvinylpyrrolidone-coated copper[Geosciences, 10, (2020), 201-221] Geri Agroli, Atsushi

nanoparticles on various substrates fabricated from well-

Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya● Direct Gas-Phase Derivatization by Employing Tandem μ-Reactor-Gas Chromatography/Mass Spectrometry: Case
Study of Trifluoroacetylation of 4,4′-Methylenedianiline.
[Analytical Chemistry, 92(22), (2020), 14924-14929] Yuya
Nishiyama, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito,
Atsushi Watanabe, Chuichi Watanabe, Norio Teramae, Toshiaki
Yoshioka● Enhancement of gasification and liquefaction during fastco-pyrolysis of cedar wood and polyethylene through control
of synergistic interactions. [Bioresource Technology Report,
11, (2020), 100431] Koyo Kasataka, Shogo Kumagai, Tomohito
Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka● Heavy metal removal from municipal solid waste fly ash
through chloride volatilization using poly(vinyl chloride) as
chlorinating agent. [Journal of Material Cycles and Waste
Management, 22, (2020), 1270-1283] Kenta Kurashima, Shogo
Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka
H2 -Rich Syngas Recovery and Toxic HCN Removal through

Tsuchiya, and Oman Drilling Project Phase Science Party● Overcoming barriers to developing and diffusing fuel-cell

Masafumi Sakurai, Michiko Kanai, Tomohito Kameda, Yuko

● Impact of Ni/Mg/Al Catalyst Composition on Simultaneous

Atsushi Okamoto, Hiroyuki Shimizu, Ryosuke Oyanagi,Noriyoshi【論文】

66 Coexistence Activity Report 2020

● Natural resource use of gasoline, hybrid, electric and fuel[Process Safety and Environmental Protection, 143, (2020),

寄附講座 （DOWA ホールディングス）環境物質政策学講座
地圏環境政策学分野【論文】● Adsorption of urea, creatinine, and uric acid from threesolution types using spherical activated carbon and its
recyclability. [Chinese Journal of Chemical Engineering, 28(12),(2020), 2993-3001] Tomohito Kameda, Kazuya Horikoshi,
Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka● Adsorption of various metals by carboxymethyl- β-cyclodextrin-modified Zn Al layered double hydroxides.
[Applied Clay Science, 187, (2020), 105479] Tomohito Kameda,
Mao Takaizumi, Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka● Catalytic Pyrolysis of Poly(Ethylene Terephthalate) in the
Presence of Metal Oxides for Aromatic Hydrocarbon Recovery
Using Tandem-Reactor-GC/MS. [Energy & Fuels, 34, (2020),
2492-2500] Shogo Kumagai, Ryota Yamasaki, Tomohito
Kameda, Yuko Saito, Atsushi Watanabe, Chuichi Watanabe,
Norio Teramae, Toshiaki Yoshioka● Combined Experiment, Simulation, and Ex-ante LCAApproach for Sustainable Cl Recovery from NaCl/Ethylene
Glycol by Electrodialysis. [Industrial & Engineering Chemistrya Two-Step Polyurethane Pyrolysis and Steam Reforming
Process. [Industrial & Engineering Chemistry Research,
59(19), (2020), 9023-9033] Shogo Kumagai, Ryosuke Yabuki,
Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka● Influence of CO2 gas on the rate and kinetics of HCl, SO2,
and NO 2 gas removal by Mg-Al layered double hydroxideintercalated with CO32-. [Applied Clay Science, 195, (2020),
105725] Tomohito Kameda, Hiroki Uchida, Shogo Kumagai,
Yuko Saito, Keiichi Mizushina, Ichirou Itou, Tianye Han, Toshiaki
Yoshioka● Investigation of Sludge Volume from Abandoned Mine
Wastewater Treatment by Layered Double Hydroxides: A Case
Study Targeting As and Fe. [Mine Water and the Environment,
39(4), (2020), 881-887] Xinyi Yang, Mir Tamzid Rahman,
Tomohito Kameda, Yusei Masaki, Yuko Saito, Shogo Kumagai,
Toshiaki Yoshioka● Machine learning-based discrete element reaction model for
predicting the dechlorination of poly (vinyl chloride) in NaOH/
ethylene glycol solvent with ball milling. [Chemical Engineering
Journal Advances, 3, (2020), 100025-100025] Jiaqi Lu,
Siqingaowa Borjigin, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko
Saito, Toshiaki Yoshioka● Practical dehalogenation of automobile shredder residue in
NaOH/ethylene glycol with an up-scale ball mill reactor. [Journal

Coexistence Activity Report 202067

of Material Cycles and Waste Management, 22(5), (2020),

the Workshop participants

1620-1629] Jiaqi Lu, Siqingaowa Borjigin, Shogo Kumagai,● Characterization of Pb-bearing minerals in polluted soils

Tomohito Kameda, Yuko Saito, Yasuhiro Fukushima, Toshiakifrom closed mine sites. [Water Air Soil Pollut, 231, (2020)

Yoshioka176] Mihoko Hoshino, Ming Zhang, Masaya Suzuki, Katsuhiro● Simultaneous recovery of high-purity Cu and poly(vinyl

Tsukimura, Masaaki Ohta

chloride) from waste wire harness via swelling followed by● Characterizing the heterogeneous correlations between

都市環境・環境地理学講座

ball milling. [Scientific Reports, 10(1), (2020), 10754] Harendra

the landscape patterns and seasonal variations of total

Kumar, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito,

nitrogen and total phosphorus in a peri-urban watershed.

環境地理学分野

Toshiaki Yoshioka[Environmental Science and Pollution Research, 27, (2020),● Synthesis of layered double hydroxide nanosheets in an

34067-34077] Chongwei Li, Haiyan Zhang, Yonghong Hao,

aqueous solvent and their Ni

Ming Zhang

2+

uptake characteristics. [Applied

Clay Science, 200, (2020), 105911] Tomohito Kameda, Daichi● Constraints in anaerobic microbial dechlorination,

Ikeda, Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

fermentation, and sulfate -reduction induced by high● Treatment of NO by a combination of MnO2 and a CO32-

concentrations of tetrachloroethylene. [Water Air Soil Pollut,-intercalated Mg-Al layered double hydroxide. [SN Applied

231, (2020), 390] Miho Yoshikawa, Ming Zhang

Sciences, 2(6), (2020), 1075] Tomohito Kameda, Hiroki Uchida,● Determining the hydraulic properties of coastal aquifer

Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

systems using groundwater response to tidal fluctuations:●ポリオレフィンのケミカルリサイクルの研究開発動向とチャレンジ .

applicability and limitations. [Coastal Engineering Journal, 62,[Journal of the Japan Petroleum Institute, 63(6), (2020), 345-

(2020), 647-655] Ling Yang , Ming Zhang , Yonghong Hao ,364] 熊谷将吾 , 中谷隼 , 齋藤優子 , 福島康裕 , 吉岡敏明

Tongke Wang, Zhixue Zhao

【総説・解説】● Estimation of coastal aquifer properties: A review of the●難リサイクル性プラスチックのリサイクルに向けた研究開発 . [ えねるみ

tidal method based on theoretical solutions. [WIREs Water,くす, 99, (2020), 17-21] 熊谷将吾 , 齋藤優子 , 吉岡敏明

(2020), e1498, 1-15] Ming Zhang, Yonghong Hao, Zhixue Zhao,●廃家電由来の臭素系難燃剤を事例とした臭素市中賦存量推計 . [ 廃棄Tongke Wang, Ling Yang

物資源循環学会研究発表会講演集 , 31, (2020), 155] 齋藤優子 , 中村

● Evaluation of flow path at the stimulation in the EGS

希 , 熊谷将吾 , 亀田知人 , 白鳥寿一 , 吉岡敏明

reservoir using microseismic information. [Geothermics, 87,●プラスチックケミカルリサイクルを進める動脈産業の役割と期待 .

(2020), 101843] Y. Mukuhira, T. Ito, H. Asanuma, M. Häring

[PETROTECH- 石油学会情報誌 -, 43(4), (2020), 250-257] 吉岡敏● Geoenvironmental properties of industrially contaminated明 , 熊谷将吾 , 齋藤優子

site soil solidified/stabilized with a sustainable by-product-【著書】

based binder, Science of the Total Environment. [Science of●太陽光パネルのリサイクル . [ バリューチェーンと単位操作から見たリサ

The Total Environment, In Press, (2020), 142778] Ya-Song

イクル , (2020), 化学工学会 ] 白鳥寿一

Feng, Yan-Jun Du, Annan Zhou, Ming Zhang, Jiang-Shan Li,
Shi-Ji Zhou, Wei-Yi Xia● Hydromechanical properties of 3D printed fractures with

連携講座
環境リスク評価学分野【論文】● A comparison of methods to estimate groundwater
recharge from bare soil based on data observed by a largescale lysimeter. [Hydrological Processes, 34, (2020), 29872999] Zaiyong Zhang, Wenke Wang, Chengcheng Gong, Ming
Zhang
● Activation and Inactivation of Seismicity: The Terminationsof Two Injection Tests in Okuaizu Geothermal Field, Japan.
[Seismological Research Letters, 91(5), (2020), 2730-2743] K.
Okamoto, L. Yi, H. Asanuma, T. Okabe, Y. Abe, M. Tsuzuki● Borehole research in New York State can advance utilizationof low enthalpy geothermal energy, management of potential
risks, and understanding of deep sedimentary and crystalline
geologic systems. [Scientific Drilling, 28, (2020), 75-91] T.
Jordan, P. Fulton, J. Tester, D. Bruhn, H. Asanuma, U. Harms, C.
Wang, D. Schmitt, P. Vardon, H. Hofman, P. Tom, J. Smith, and68 Coexistence Activity Report 2020

controlled surface roughness: Insights into shear-permeability
coupling processes. [International Journal of Rock Mechanics
and Mining Sciences, 128, (2020), 104271] T. Ishibashi, Y. Fang,
D. Elsworth, N. Watanabe, H. Asanuma● Numerical Simulation of a Laboratory-scale Experiment
for the Hydrate Dissociation Process in Porous Media by
Acid Injection. [International Journal of Offshore and Polar
Engineering, 30(4), (2020), 501-512] Sakamoto, Y., F. Kaneko, Y.
Nakano, K. Nakamura and T. Komai● Numerical Study on the Application of In situ Lowtemperature Oxidation for Enhanced Recovery from Methane
Hydrate Reservoir. [International Journal of Offshore and Polar
Engineering, 30(2), (2020), 228-239] Sakamoto, Y., F. Kaneko, Y.
Nakano, K. Nakamura and T. Komai● Validation and evaluation of estimation method for deep
thermal structure using activity index in major geothermal
fields in northeastern Japan. [Energies, 13(18), (2020), 4684] Y.
Suzuki, H. Muraoka, H. Asanuma●減圧法による海洋メタンハイドレート堆積層からのガス生産時の地層変形予測に関する数値解析 . [ 地盤工学会誌 , 68(9), (2020), 3-8] 坂本
靖英 , 米田純 , 天満則夫 , 瀧口晃

Tomoki Nakaya, Gavin R McCormack, Koichiro Oka

先端環境創成学専攻● Environmental attributes and sedentary behaviours among
Canadian adults. [Environmental Research Communications,

基幹講座

2(5), (2020), 51002] Mohammad Javad Koohsari, Koichiro Oka,
Tomoki Nakaya, Ai Shibata, Kaori Ishii, Akitomo Yasunaga,
Gavin R McCormack● Factors Influencing the Proportion of Non-examinees in
the Fukushima Health Management Survey for Childhood and【論文】● Adoption of personal protective measures by ordinary
citizens during the COVID-19 outbreak in Japan. [International
Journal of Infectious Diseases, 94, (2020), 139-144] Masaki
Machida, Itaru Nakamura, Reiko Saito, Tomoki Nakaya,
Tomoya Hanibuchi, Tomoko Takamiya, Yuko Odagiri, Noritoshi
Fukushima, Hiroyuki Kikuchi, Takako Kojima, Hidehiro
Watanabe, Shigeru Inoue● A s s o c i a t i o n s b e t we e n t h e t ra d i t i o n a l a n d n ove lneighbourhood built environment metrics and weight statusamong Canadian men and women. [Canadian Journal of
Public Health, (2020), 10.17269/s41997-020-00365-8] Vikram
Nichani, Mohammad Javad Koohsari, Koichiro Oka, Tomoki
Nakaya, Ai Shibata, Kaori Ishii, Akitomo Yasunaga, Liam Turley,
Gavin R McCormack● Associations of neighborhood socioeconomic conditions
with self-rated health, mental distress, and health behaviors:
A nationwide cross-sectional study in Japan. [Preventive
Medicine Reports, 18, (2020), 101075-101075] Tomoya
Hanibuchi, Tomoki Nakaya● Built environment correlates of objectively-measured
sedentary behaviours in densely-populated areas. [Health& Place, 66, (2020), 102447-102447] Mohammad Javad
Koohsari, Ai Shibata, Kaori Ishii, Sayaka Kurosawa, Akitomo
Yasunaga, Tomoya Hanibuchi, Tomoki Nakaya, Suzanne Mavoa,
Gavin R McCormack, Koichiro Oka● Central Tokyo’s Low Response Rate to the 2015 Population
Census and Its Related Factors. [SAGE Open, 10(3), (2020),
215824402096308] Tomoya Hanibuchi, Masakazu Yamauchi● Changes in implementation of personal protective
measures by ordinary Japanese citizens: A longitudinal study
from the early phase to the community transmission phaseof the COVID-19 outbreak. [International Journal of Infectious
Diseases, 96, (2020), 371-375] Masaki Machida, Itaru
Nakamura, Reiko Saito, Tomoki Nakaya, Tomoya Hanibuchi,
Tomoko Takamiya, Yuko Odagiri, Noritoshi Fukushima, Hiroyuki
Kikuchi, Shiho Amagasa, Takako Kojima, Hidehiro Watanabe,
Shigeru Inoue● Dog -walking in dense compact areas: The role ofneighbourhood built environment.

[ H e a l t h & P l a c e , 61,(2020), 102242] Mohammad Javad Koohsari, Tomoki Nakaya,
Gavin R McCormack, Ai Shibata, Kaori Ishii, Akitomo Yasunaga,
Yung Liao, Koichiro Oka● Dog ownership and adults' objectively-assessed sedentary
behaviour and physical activity. [Scientific Reports, 10(1),(2020), 17487] Mohammad Javad Koohsari, Ai Shibata, Kaori
Ishii, Sayaka Kurosawa, Akitomo Yasunaga, Tomoya Hanibuchi,

Adolescent Thyroid Cancer: Results From the Baseline Survey.
[Journal of Epidemiology, 30(7), (2020), 301-308] Kunihiko
Takahashi, Hideto Takahashi, Tomoki Nakaya, Seiji Yasumura,
Tetsuya Ohira, Hitoshi Ohto, Akira Ohtsuru, Sanae Midorikawa,
Shinichi Suzuki, Hiroki Shimura, Shunichi Yamashita, Koichi
Tanigawa, Kenji Kamiya● Geographically weighted modeling for spatial epidemiology.
[RIMS Kôkyûroku（京都大学数理解析研究所講究録）, 2166, (2020),
in press] Tomoki Nakaya● Incorrect Use of Face Masks during the Current COVID-19
Pandemic among the General Public in Japan. [International
Journal of Environmental Research and Public Health, 17(18),(2020), 6484] Masaki Machida, Itaru Nakamura, Reiko Saito,
Tomoki Nakaya, Tomoya Hanibuchi, Tomoko Takamiya,
Yuko Odagiri, Noritoshi Fukushima, Hiroyuki Kikuchi, Shiho
Amagasa, Takako Kojima, Hidehiro Watanabe, Shigeru Inoue● Local-Area Walkability and Socioeconomic Disparities
of Cardiovascular Disease Mortality in Japan. [Journal of
the American Heart Association, 9(12), (2020), e016152]
Mohammad Javad Koohsari, Tomoki Nakaya, Tomoya
Hanibuchi, Ai Shibata, Kaori Ishii, Takemi Sugiyama, NevilleOwen, Koichiro Oka● Near-repeat victimization of sex crimes and threat incidents
against women and girls in Tokyo, Japan [Crime Science, 9,(2020), 1-6] Mamoru Amemiya, Tomoki Nakaya, Takahito
Shimada● Neighbourhood built environment and cardiovasculardisease: knowledge and future directions. [Nature Reviews
Cardiology, 17(5), (2020), 261-263] Mohammad Javad
Koohsari, Gavin R McCormack, Tomoki Nakaya, Koichiro Oka● Objective scoring of streetscape walkability related toleisure walking: Statistical modeling approach with semantic
segmentation of Google Street View images. [Health & Place,
66, (2020), 102428] Shohei Nagata, Tomoki Nakaya, Tomoya
Hanibuchi, Shiho Amagasa, Hiroyuki Kikuchi, Shigeru Inoue● Positive Association of Physical Activity with Both Objective
and Perceived Measures of the Neighborhood Environment
among Older Adults: The Aichi Workers' Cohort Study.
[International journal of environmental research and publichealth, 17(21), (2020), 7971] Yuanying Li, Hiroshi Yatsuya,
Tomoya Hanibuchi, Atsuhiko Ota, Hisao Naito, Rei Otsuka,
Chiyoe Murata, Yoshihisa Hirakawa, Chifa Chiang, Mayu
Uemura, Koji Tamakoshi, Atsuko Aoyama● Quantitative Environmental Equity Analysis of Perceived
Accessibility to Urban Parks in Osaka Prefecture, Japan.
[Applied Spatial Analysis and Policy, (in press)] Shinya
Yasumoto, Tomoki Nakaya, Andy Jones
Coexistence Activity Report 202069

● Scalable GWR: A linear-time algorithm for large-scale

国勢調査の困難―. [ 地理 , 65(10), (2020), 56-61] 埴淵知哉 , 山本涼

Toru Kouyama, Theodor Kostiuk, Timothy A. Livengood,209] Seiya Hirano, Junki Saito, Tomoki Yukawa, Daisuke Sano,

geographically weighted regression with polynomial kernels.

子 , 中谷友樹 , 山内昌和

Gabriella Gilli

Akihiro Okamoto, Satoshi Okabe, Masaaki Kitajima[Annals of the American Association of Geographers, 110,

【著書】

● TROPOMI-Sentinel-5 Precursor formaldehyde validation● Inactivation kinetics modeling of Escherichia coli in(2020), in press] Daisuke Murakami, Narumasa Tsutsumida,● Geographic Disparities in Health. [Health in Japan, (2020),

using an extensive network of ground-based Fourier-concentrated urine for implementing predictive environmental

Takahiro Yoshida, Tomoki Nakaya, Binbin Lu

Oxford University Press] Tomoki Nakaya, Tomoya Hanibuchi

transform infrared stations. [Atmospheric Measurement

microbiology in sanitation safety planning. [Journal of● The actual implementation status of self-isolation among●時空間カーネル密度推定－時空間のイベント分布をあいまいに解析Techniques, 13(7), (2020), 3751-3767] Corinne Vigouroux,

Environmental Management, 268, (2020), 110672] Wakana

Japanese workers during the COVID-19 outbreak. [Tropicalする . [ あいまいな時空間情報の分析、(2020), 56-75, 古今書院 ] 中

Bavo Langerock, Carlos Augusto Bauer Aquino, Thomas

Oishi, Ikuo Kato, Nowaki Hijikata, Ken Ushijima, Ryusei Ito,

Medicine and Health, 48, (2020), 63] Masaki Machida, Itaru

谷友樹

Blumenstock, Zhibin Cheng, Martine De Mazière, Isabelle De

Naoyuki Funamizu, Osamu Nishimura, Daisuke Sano

Nakamura, Reiko Saito, Tomoki Nakaya, Tomoya Hanibuchi,

Smedt, Michel Grutter, James W. Hannigan, Nicholas Jones,● Required chlorination doses to fulfill the credit value for

Tomoko Takamiya, Yuko Odagiri, Noritoshi Fukushima, Hiroyuki

Rigel Kivi, Diego Loyola, Erik Lutsch, Emmanuel Mahieu, Mariadisinfection of enteric viruses in water: A critical review.

Makarova, Jean-Marc Metzger, Isamu Morino, Isao Murata,[Environmental Science and Technology, 54(4), (2020), 2068-

Tomoo Nagahama, Justus Notholt, Ivan Ortega, Mathias Palm,2077] Andri Rachmadi, Masaaki Kitajima, Tsuyoshi Kato,

資源利用プロセス学分野

Gaia Pinardi, Amelie Röhling, Dan Smale, Wolfgang Stremme,

Hiroyuki Kato, Satoshi Okabe, Daisuke Sano

【論文】

Kim Strong, Ralf Sussmann, Yao Tè, Michel van Roozendael,● The effect of GD1a ganglioside-expressing bacterial strains

Pucai Wang, Holger Winkler

on murine norovirus infectivity. [Molecules, 25(18), (2020),●スペクトル取得型光学オゾンゾンデ観測による成層圏オゾン、二酸

4084] Yifan Zhu, Hiroki Kawai, Satoshi Hashiba, Mohan

化窒素高度分布導出 . [ 宇宙航空研究開発機構研究開発報告 , JAXA-

Amarasiri, Masaaki Kitajima, Satoshi Okabe, Daisuke Sano

RR-19(2), (2020), 資料番号 : AA1930015001] 村田功 , 野口克行

● Understanding human health risks caused by antibiotic

Kikuchi, Shiho Amagasa, Takako Kojima, Hidehiro Watanabe,
Shigeru Inoue● Types of coastlines and the evacuees’ mental health:A repeated cross-sectional study in Northeast Japan.
[Environmental Research, (2020), 110372] Ai Tashiro, Tomoki
Nakaya, Shohei Nagata, Jun Aida
● Workplace neighbourhood built environment and workers’
physically-active and sedentary behaviour: A systematic
review of observational studies. [International Journal of
Behavioral Nutrition and Physical Activity 17, (2020), 148]
Chien-Yu Lin, Mohammad Javad Koohsari, Yung Liao, Kaori
Ishii, Ai Shibata, Tomoki Nakaya, Gavin R. McCormack, Nyssa
Hadgraft, Neville Owen, Koichiro Oka● Walking-friendly built environments and objectively
measured physical function in older adults. [Journal of Sportand Health Science. 9(6), (2020), 651-656] Mohammad Javad
Koohsari, Gavin R. McCormack, Tomoki Nakaya, Ai Shibata,
Kaori Ishii, Akitomo Yasunaga, Yung Liao, Koichiro Oka●インターネット調査と系統的社会観察による地理的マルチレベルデー
タの構築 . [ 地理学評論 Series A, 93(3), (2020), 173-192] 埴淵知哉 ,中谷友樹 , 上杉昌也 , 井上茂●京都市一人暮らし高齢者全戸訪問事業に基づく福祉 GIS 活用の試み
─地域福祉デジタル情報化課題の一考察─（上）. [ 立命館産業社会論
集 , 56(1), (2020), 109-129] 小澤亘 , 矢野桂司 , 中谷友樹 , 加藤博史
●京都市一人暮らし高齢者全戸訪問事業に基づく福祉 GIS 活用の試み
─地域福祉デジタル情報化課題の一考察─（下）. [ 立命館産業社会論

太陽地球システム・エネルギー学講座● Forming Behavior of Fine Particulate Matters during Iron
Ore Sintering Process. [ISIJ International, 60(8), (2020), 16491654] Zhe Ma, Daisuke Maruoka, Taichi Murakami, Eiki Kasai● Simultaneous Carbonization and Pulverization Behaviors of

Daisuke Maruoka, Hiroaki Sumikawa, Taichi Murakami, Eiki
Kasai
● Fe 粒子分散ムライト複合セラミックスの自己治癒効果に対する熱処
理温度の影響 . [ 鉄と鋼 , 106(11), (2020), 844-850] 丸岡大佑 , 村上
太一 , 葛西栄輝●バイオマス迅速炭化・粉砕プロセスのための耐高温酸化性鉄基蓄熱材料の開発 . [ 鉄と鋼 , 106(8), (2020), 527-533] 丸岡大佑 , 三浦駿 , 佐
藤滉祐 , 村上太一 , 葛西栄輝
【総説・解説】●金属粒子の高温酸化を利用した自己治癒セラミックスの研究開発 .
[ まてりあ , 59(10), (2020), 533-536] 丸岡大佑
【著書】
●第 5 章 第 9 節：金属粒子分散自己治癒セラミックスの研究開発[ 自己修復材料、自己組織化、形状記憶材料の開発と応用事例 , (2020),202-208, 技術情報協会 ] 丸岡大佑

●人口減少局面における日本の都市構造の変遷 . [ 季刊地理学 , 72(2),(2020), 91-106] 神田兵庫 , 磯田弦 , 中谷友樹
●鉄道路線の廃止が沿線自治体の人口・所得水準変化率に及ぼす影響 .
[ 季刊地理学 , 72(2), (2020), 107-121] 佐川大輔 , 中谷友樹
●日本における学術研究団体（学会）の現状 . [E-journal GEO, 15(1),(2020), 137-155] 埴淵知哉 , 川口慎介
【総説・解説】● Finding Lost Landscapes in SouthEast Asia. [ArcUSer, 23(4),(2020), 66-69] Yukihisa Hoshida, Tomoki Nakaya, Shohei
Nagata, Yuzuru Isoda, Ryohei Sekine●科学はどこでもできるのか？─地域と学術研究のより良い関係に向けて . [ 学術の動向 , 25(8), (2020), 16-20] 埴淵知哉
●健康・疾病の地理的問題 . [ 東書 E ネット , (2020)] 埴淵知哉●「不詳」の増加は統計地図をどう歪めるのか？―開始 100 年を迎える

70 Coexistence Activity Report 2020

水資源システム学分野【論文】● Assessment of microbial risks by characterization ofEscherichia coli presence to analyze the public health risks
from poor water quality in Nepal. [International Journal of
Hygiene and Environmental Health, 226, (2020), 113484] Sital
Uprety, Bipin Dangol, Pramina Nakarmi, Isha Dhakal, Samendra
Sherchan, Joanna Shisler, Antarpreet S. Jutla, Mohan
Amarasiri, Daisuke Sano, Thanh Nguyen● Bottleneck size-dependent changes in the genetic diversity
and specific growth rate of a rotavirus A strain. [Journalof Virology, 94(10), (2020), e02083-19] Syun-suke Kadoya,
Syun-ichi Urayama, Takuro Nunoura, Masaaki Kitajima,
Toyoko Nakagomi, Osamu Nakagomi, Satoshi Okabe, Osamu
Nishimura, Daisuke Sano
● Effects of chemical interaction of nutrients and EDTA

●若年層におけるオンラインショッピングの普及にともなった商店街のACGU journal, 33, (2020), 77-84] 蘇徳斯琴 , 庄子元 , 関根良平

in water environments: Current knowledge and questions toHeat Storage Materials. [ISIJ International, 60(9), (2020), 2107]

集 , 56(2), (2020), 1-19] 小澤亘 , 矢野桂司 , 中谷友樹 , 加藤博史
変容 : 呼和浩特市附中東通りを事例に . [ 青森中央学院大学研究紀要 =resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARG)

Woody Biomass by a Rapid Carbonization Process Applying

be answered. [Critical Reviews in Environmental Science andTechnology, 50(19), (2020), 2016-2059] Mohan Amarasiri,
Daisuke Sano, Satoru Suzuki● Virucidal efficacy of olanexidine gluconate as a handantiseptic against human norovirus. [Food and Environmental
Virology, 12, (2020), 180-190] Kaoru Imai, Akifumi Hagi,
Yasuhide Inoue, Mohan Amarasiri, Daisuke Sano
【総説・解説】●ヒト・生態系・システムの「Health」から見た持続可能な社会と下水道 .
[ 月刊下水道 , 43(11), (2020), 65-71] 佐野大輔
【著書】
● C5 水処理における病原体除去効率の評価：実験的アプローチ . [ 定量的微生物リスク評価―水安全管理への適用―（島﨑大ほか）, (2020),
191-201 国立保健医療科学院 ] 佐野大輔
● C6 処理による病原体除去の定量：物理モデルによるアプローチ . [ 定量的微生物リスク評価―水安全管理への適用―（島﨑大ほか）, (2020),202-204, 国立保健医療科学院 ] 佐野大輔

on metals toxicity to Pseudokirckneriella subcapitata.

地球システム計測学分野【論文】● Chlorine partitioning near the polar vortex edge observedwith ground-based FTIR and satellites at Syowa Station,
Antarctica, in 2007 and 2011. [Atmospheric Chemistry andPhysics, 20(2), (2020), 1043-1074] Hideaki Nakajima, Isao
Murata, Yoshihiro Nagahama, Hideharu Akiyoshi, Kosuke
Saeki, Takeshi Kinase, Masanori Takeda, Yoshihiro Tomikawa,
Eric Dupuy, Nicholas B. Jones● Evaluation of a method to retrieve temperature and windvelocity profiles of the Venusian nightside mesosphere frommid-infrared CO2 absorption line observed by heterodyne
spectroscopy. [Earth, Planets and Space, 72(1), (2020), 60]
Kosuke Takami, Hiromu Nakagawa, Hideo Sagawa, Pia Krause,
Isao Murata, Yasumasa Kasaba, Takeshi Kuroda, Shohei Aoki,[Ecotoxicology and Environmental Safety, 203, (2020), 110966]
Gissela Pascual Pariona, Daisuke Sano, Takashi Sakamaki,
Osamu Nishimura● Human norovirus disease burden of consuming Crassostrea
gigas oysters: A case-study from Japan. [Food Control, 121,
(2020), 107556] Yo Ueki, Mohan Amarasiri, Sayaka Kamio, Akie
Sakagami, Hiroshi Ito, Sital Uprety, Arief Nurul Umam, Takayuki
Miura, Thanh H. Nguyen, Daisuke Sano
● Identification of novel norovirus polymerase genotypes
from pediatric fecal samples collected between the year 1997
and 2000 in Japan. [Infection, Genetics and Evolution, 82,(2020), 104313] Mohan Amarasiri, Etsuko Utagawa, Daisuke
Sano, Kazuhiko Katayama● Improvement of electrochemical conditions for detecting
redox reaction of K 3[Fe(CN) 6] toward the application in
norovirus aptasensor. [Electrochemistry, 88(3), (2020), 205-

自然共生システム学講座
資源再生プロセス学分野【論文】● A new strategy for CO 2 utilization with waste plastics:
conversion of hydrogen carbonate into formate using polyvinyl
chloride in water. [Green Chemistry, 22(2), (2020), 352-358]
Lihui Lu, Heng Zhong, Tianfu Wang, Jianeng Wu, Fangming Jin,
Toshiaki Yoshioka● Adsorption of urea, creatinine, and uric acid from threesolution types using spherical activated carbon and its
recyclability. [Chinese Journal of Chemical Engineering, 28(12),(2020), 2993-3001] Tomohito Kameda, Kazuya Horikoshi,
Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

Coexistence Activity Report 2020

71

● Adsorption of various metals by carboxymethyl- βManagement, 22(4), (2020), 1270-1283] Kenta Kurashima,

Clay Science, 200, (2020), 105911] Tomohito Kameda, Daichi● E l e c t r o c h e m i c a l d e t e c t i o n o f ka l l i k r e i n u s i n g a-cyclodextrin-modified Zn Al layered double hydroxides.

Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki

Ikeda, Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

p-methoxyaniline-conjugated tripeptide towards simple[Applied Clay Science, 187, (2020), 105479] Tomohito Kameda,
Mao Takaizumi, Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

Yoshioka● Treatment of NO by a combination of MnO2 and a CO

23

diagnosis of primary aldosteronism. [Chemistry Letters, 49(1),● Highly efficient recovery of high-purity Cu, PVC, and-intercalated Mg-Al layered double hydroxide. [SN Applied(2020), 57-59] Kousuke Ohyama, Sun Sixiang, Kumi Y. Inoue,● Catalytic Pyrolysis of Poly(ethylene terephthalate) inphthalate plasticizer from waste wire harnesses through PVC

Sciences, 2(6), (2020), 1075] Tomohito Kameda, Hiroki Uchida,

Tomokazu Matsue and Takayuki Doi.

the Presence of Metal Oxides for Aromatic Hydrocarbon

swelling and rod milling. [Reaction Chemistry & Engineering,

Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka● Electrochemical measurement of respiratory activity for

Recovery Using Tandem μ -Reactor-GC/MS. [Energy & Fuels,

5(9), (2020), 1805-1813] Harendra Kumar, Shogo Kumagai,●ポリオレフィンのケミカルリサイクルの研究開発動向とチャレンジ .

evaluation of fibroblast spheroids containing endothelial cell34(2), (2020), 2492-2500] Shogo Kumagai, Ryota Yamasaki,

Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka[Journal of the Japan Petroleum Institute, 63(6), (2020), 345-

networks. [Electrochimica Acta, 340, (2020), 135979] Kaoru

Tomohito Kameda, Yuko Saito, Atsushi Watanabe, Chuichi● Impact of Ni/Mg/Al Catalyst Composition on Simultaneous364] 熊谷将吾 , 中谷隼 , 齋藤優子 , 福島康裕 , 吉岡敏明

Hiramoto, Hao-jen Pai, Kosuke Ino, Yuji Nashimoto, Hitoshi

Watanabe, Norio Teramae, Toshiaki Yoshioka

H2-Rich Syngas Recovery and Toxic HCN Removal through●難リサイクル性プラスチックのリサイクルに向けた研究開発 . [ えねるみ

Shiku

● Close Packing of Cellulose and Chitosan in Regenerated

a Two-Step Polyurethane Pyrolysis and Steam Reforming

くす, 99, (2020), 17-21] 熊谷将吾 , 齋藤優子 , 吉岡敏明

● Fabrication of three-dimensional calcium alginate hydrogels

Cellulose Fibers Improves Carbon Yield and Structural

Process. [Industrial & Engineering Chemistry Research,【総説・解説】

using sacrificial templates of sugar. [Journal of Bioscience andProperties of Respective Carbon Fibers. [Biomacromolecules,

59(19), (2020), 9023-9033] Shogo Kumagai, Ryosuke Yabuki,●プラスチックケミカルリサイクルを進める動脈産業の役割と期待 .

Bioengineering, accepted] Kosuke Ino, Mika T. Fukuda, Kaoru

21(10), (2020), 4326-4335] Hilda Zahra, Daisuke Sawada,

Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka[PETROTECH- 石油学会情報誌 -, 43(4), (2020), 250-257] 吉岡敏

Hiramoto, Noriko Taira, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku

Chamseddine Guizani, Yibo Ma, Shogo Kumagai, Toshiaki● Influence of CO2 gas on the rate and kinetics of HCl, SO2,

明 , 熊谷将吾 , 齋藤優子

● High-Resolution Electrochemical Mapping of the Hydrogen

Yoshioka, Herbert Sixta, Michael Hummel

and NO 2 gas removal by Mg-Al layered double hydroxide●プラスチック問題の解決に果たす化学産業の役割と期待. [化学と工業 ,Evolution Reaction on Transition-Metal Dichalcogenide● Combined Experiment, Simulation, and Ex-ante LCA

intercalated with CO3 . [Applied Clay Science, 195, (2020),

73(7), (2020), 535-537] 吉岡敏明

Nanosheets. [Angewandte Chemie International Edition,

Approach for Sustainable Cl Recovery from NaCl/Ethylene

105725] Tomohito Kameda, Hiroki Uchida, Shogo Kumagai,●ポリ塩化ビニルの脱塩素反応を利用したリサイクル . [ 高分子 , 69,

59, (2020), 3601-3608] Yasufumi Takahashi, Yu Kobayashi,

Glycol by Electrodialysis. [Industrial & Engineering Chemistry

Yuko Saito, Keiichi Mizushina, Ichirou Itou, Tianye Han, Toshiaki(2020), 570-573] 吉岡敏明 , 熊谷将吾 , 齋藤優子

Ziqian Wang, Yoshikazu Ito, Masato Ota, Hiroki Ida, Akichika

Research, 59(45), (2020), 20121-20122] Jiaqi Lu, Shogo

Yoshioka●難リサイクル性プラスチックのリサイクルに向けた研究開発 . [ えねるみ

Kumatani, Keisuke Miyazawa, Takeshi Fujita, Hitoshi Shiku, Yuri

Kumagai, Yasuhiro Fukushima, Hajime Ohno, Tomohito● Investigation of Sludge Volume from Abandoned Mineくす, 99, (2020), 17-21] 熊谷将吾 , 齋藤優子 , 吉岡敏明

E. Korchev, Yasumitsu Miyata, Takeshi Fukuma, Mingwei Chen,

Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

Wastewater Treatment by Layered Double Hydroxides: A Case

【著書】

and Tomokazu Matsue● Combining pyrolysis-two-dimensional gas chromatography-

Study Targeting As and Fe. [Mine Water and the Environment,●第 2 節 プラスチックの熱分解反応解析 . [ 生分解、バイオマスプラス● Nanoscale kinetic imaging of lithium ion secondary battery

time-of-flight mass spectrometry with hierarchical cluster

39(4), (2020), 881-887] Xinyi Yang, Mir Tamzid Rahman,

チックの開発と応用 , (2020), 技術情報協会 ] 熊谷将吾 , 亀田知人 , 齋

materials using scanning electrochemical cell microscopy.

analysis for rapid identification of pyrolytic interactions:

Tomohito Kameda, Yusei Masaki, Yuko Saito, Shogo Kumagai,

藤優子 , 吉岡敏明

[Chemical Communications, 56(65), (2020), 9324-9327]

Case study of co-pyrolysis of PVC and biomass components.

Toshiaki Yoshioka

Yasufumi Takahashi, Tsubasa Yamashita, Daiko Takamatsu,[Process Safety and Environmental Protection, 143, (2020),● Low-Temperature Catalytic Upgrading of Waste Polyolefinic

Akichika Kumatani and Takeshi Fukuma.

91-100] Shogo Kumagai, Asami Matsukami, Fumie Kabashima,

Plastics into Liquid Fuels and Waxes. [Applied Catalysis B:

Masafumi Sakurai, Michiko Kanai, Tomohito Kameda, Yuko

Environmental, 285, (2020), 119805] Yosuke Nakaji, Masazumi

Saito, Toshiaki Yoshioka

Tamura, Shuhei Miyaoka, Shogo Kumagai, Mifumi Tanji,● Direct Gas-Phase Derivatization by Employing Tandem

Yoshinao Nakagawa, Toshiaki Yoshioka, Keiichi Tomishige

μ -Reactor-Gas Chromatography/Mass Spectrometry: Case

● Machine learning-based discrete element reaction model

Study of Trifluoroacetylation of 4,4′-Methylenedianiline.

for predicting the dechlorination of poly (vinyl chloride) in[Analytical Chemistry, 92(22), (2020), 14924] Yuya Nishiyama,

NaOH/ethylene glycol solvent with ball milling. [Chemical

Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito, Atsushi

Engineering Journal Advances, 3, (2020), 100025] Jiaqi Lu,

Watanabe, Chuichi Watanabe, Norio Teramae, Toshiaki

Siqingaowa Borjigin, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko

Yoshioka

Saito, Toshiaki Yoshioka● Effect of the specific surface area of MgO on the treatment● Practical dehalogenation of automobile shredder residue inof boron and fluorine. [Applied Water Science, 10(5), (2020),

NaOH/ethylene glycol with an up-scale ball mill reactor. [Journal

analysis and visualization on lithium-ion battery electrodes.

104] Tomohito Kameda, Yusuke Yamamoto, Shogo Kumagai,

of Material Cycles and Waste Management, 22(5), (2020),[Current Opinion in Electrochemistry, 22, (2020), 228-233]

Toshiaki Yoshioka

1620-1629] Jiaqi Lu, Siqingaowa Borjigin, Shogo Kumagai,● Enhancement of gasification and liquefaction during fast

Tomohito Kameda, Yuko Saito, Yasuhiro Fukushima, Toshiaki

co-pyrolysis of cedar wood and polyethylene through control

Yoshiokaof synergistic interactions. [Bioresource Technology Reports,● Simultaneous recovery of high-purity Cu and poly(vinyl11, (2020), 100431] Koyo Kasataka, Shogo Kumagai, Tomohito

chloride) from waste wire harness via swelling followed by

Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka

ball milling. [Scientific Reports, 10(1), (2020), 10754] Harendra● Facile method for treating Zn, Cd, and Pb in mining

Kumar, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito,

wastewater by the formation of Mg-Al layered double

Toshiaki Yoshioka

2-hydroxide. [International Journal of Environmental Science and● Simultaneous treatment of HCl-SO2 -NOx gas with Mg-

Technology, 17(5), (2020), 3023] M. T. Rahman, T. Kameda, T.

Al layered double hydroxide intercalated with CO32- and its

Miura, S. Kumagai, T. Yoshioka

recycling process. [International Journal of Environmental● Heavy metal removal from municipal solid waste fly ash

Science and Technology, 17, (2020), 1179-1184] Tomohito

through chloride volatilization using poly(vinyl chloride) as

Kameda, Masahito Tochinai, Shogo Kumagai, Toshiaki Yoshioka

chlorinating agent. [Journal of Material Cycles and Waste● Synthesis of layered double hydroxide nanosheets in an
aqueous solvent and their Ni

2+

72 Coexistence Activity Report 2020

uptake characteristics. [Applied

環境分析化学分野【論文】● Photostable near-infrared-absorbing diradical-platinum(ii)complex solubilized by albumin toward a cancer photothermal
therapy agent. [RSC Advances, 10(11), (2020), 6460-6463]
Ryota Sawamura, Masataka Sato, Atsuko Masuya-Suzuki,
Nobuhiko Iki【総説・解説】●金属錯体の異核複核化による高機能化 . [ ぶんせき , 7, (2020), 263264] 唐島田龍之介

環境生命機能学分野【論文】● Biofabrication using electrochemical devices and systems.
[Advanced Biosystems, 4, (2020), 1900234] Kosuke Ino,
Fumisato Ozawa, Ning Dang, Kaoru Hiramoto, Shodai Hino,
Rise Akasaka, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku● Bioimaging using bipolar electrochemical microscopy
improved in spatial resolution. [Analyst, accepted] Tomoki
Iwama, Kumi Y. Inoue, Hiroya Abe, Tomokazu Matsue andHitoshi Shiku● Closed bipolar electrode array for on-chip analysis ofcellular respiration by cell aggregates. [ACS Sensors, 5(3),(2020), 740 -745] Kosuke Ino, Ryosuke Yaegaki, Kaoru
Hiramoto, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku● Oxygen consumption rate of tumour spheroids during
necrotic-like core formation. [Analyst, in press, (2020)] Rei
Mukomoto, Yuji Nashimoto, Takato Terai, Takuto Imaizumi,
Kaoru Hiramoto, Kosuke Ino, Ryuji Yokokawa, Takashi Miura,
Hitoshi Shiku● Recent Advances in Electrochemiluminescence-Based
Systems for Mammalian Cell Analysis. [Micromachines, 11(5),(2020), 530] Kaoru Hiramoto, Elena Villani, Tomoki Iwama,
Keika Komatsu, Shinsuke Inagi, Kumi Y. Inoue, Yuji Nashimoto,
Kosuke Ino, Hitoshi Shiku● Recent advances in scanning electrochemical microscopic

Akichika Kumatani, Tomokazu Matsue.
● S/N co-doped hollow carbon particles for oxygen reduction
electrocatalysts prepared by spontaneous polymerization
at oil- water interfaces. [ACS Omega, 5(29), (2020), 1839118396] Hiroya Abe, Kohei Nozaki, Shu Sokabe, Akichika
Kumatani, Tomokazu Matsue, Hiroshi Yabu.
●触媒活性サイトの電気化学イメージングに資する走査型電気化学セル
顕微鏡の開発と応用 . [ 電気化学 , 88(3), (2020), 229-234] 高橋康史 ,伊藤良一 , 熊谷明哉 , 井田大貴 , 宮田耕充 , 末永智一 , 福間剛士
●多点液滴デバイスを用いたレドックスサイクリングによるメチレンブ
ルーの電気化学計測 . [ 分析化学 , 採択 ] 平本薫 , 小松慶佳 , 山田祐大 ,梨本裕司 , 末永智一 , 伊野浩介 , 珠玖仁●バイオファブリケーションによる生体様組織構築 . [ 化学と工業 ,73(10), (2020), 742-743] 伊野浩介

Coexistence Activity Report 202073

資源循環プロセス学講座
環境グリーンプロセス学分野

Conductive Nanoinks. [Journal of Electronic Materials, 49(10),● Microstructure-Enhanced Inverse Magnetostrictive Effect[Ultrason. Sonochem., 62, (2020), 104874] Takuya Yamamoto,(2020), 5681-5686] Nanami Numaga, Hiromichi Hayashi,in Fe-Co Alloy Wires. [Advanced Engineering Materials, 22(10),Sergey KomarovRichard L. Smith(2020), 2000026] Takahiro Yamazaki, Kenichi Katabira, Fumio● Optical and electrical properties of InxGa1-xSe mixed crystal【論文】● Synthesis of ethyl levulinate over amino-sulfonatedNarita, Yasubumi Furuya, Wataru Nakaogrown from indium flux by the traveling heater method. [J.

● A precise deconvolution method to derive methane hydrate

functional carbon materials. [Renewable Energy, 157, (2020),● Multi-Scale Analysis and Testing of Tensile Behavior inElect. Mater., (in press)] Y. Sato, C. Tang, K. Watanabe, M.

cage occupancy ratios using Raman spectroscopy. [Chemical

951-958] Haixin Guo, Yuta Hirosaki, Xinhua Qi, Richard Lee

Polymers with Randomly Oriented and Agglomerated Cellulose

Nakajima, T. Yamamoto, N. Tezuka, T. Tanabe, Y. Oyama

Engineering Science, 214(16), (2020), 115361] Yuya Hiraga,

Smith

Nanofibers. [Nanomaterials, 10, (2020), 700] F. Narita, Y. Wang,● Surface roughness variation and microstructural evolution

Takuya Sasagawa, Shinichiro Yamamoto, Hiroyuki Komatsu,【総説・解説】

H. Kurita and M. Suzuki

of Au thin films in rapid annealing by microwave and electric

Masaki Ota, Takao Tsukada, Richard L. Smith● Special Issue on Hydrothermal and Solvothermal● Numerical and Experimental Investigation of the Through-furnace heating. [Thin Solid Film, 7, (2020), 138352] N.

● Bifunctional carbon Ni/NiO nanofiber catalyst based on

Approaches toward Bio-products.[ Journal of SupercriticalThickness Strength Proper ties of Woven Glass Fiber

Yoshikawa, T. Igarashi, H. Taguchi, A. Nagata, S. Komarov

5-sulfosalicylic acid for conversion of C5/C6 carbohydrates

Fluids, 165, (2020)] Zhen Fang, Richard L. Smith, Hu Li

Reinforced Polymer Composite Laminates under Combined● Terahertz wave generation via difference frequency

into ethyl levulinate. [Reaction Chemistry and Engineering,【著書】

Tensile and Shear Loading. [Journal of Composites Science,

generation by using 2D InxGa1-xSe crystal grown from indium

5(9), (2020), 1759-1767] Haixin Guo, Yuya Abe, Xinhua Qi,●Production of Biofuels and Chemicals with Pyrolysis. [(2020),

4, (2020), 112] T. Kanno, H. Kurita, M. Suzuki, H. Tamura and F.

flux. [Opt. Express, 28, (2020), 472-477] Y. Sato, C. Tang, K.

Richard Lee Smith

Springer-Nature] Fang, Zhen, Smith, Richard L, Xu, Lujiang

NaritaWatanabe, J. Ohsaki, T. Yamamoto, N. Tezuka, T. Tanabe, Y.

● Catalytic hydrogenation of levulinic acid in ionic liquid● Potassium sodium niobate lead -free piezoelectricOyama

mixtures using hydrogen gas in high-pressure CO2 . [Journal

nanocomposite generators based on carbon-fiber-reinforced【総説・解説】

polymer electrodes for energy-harvesting structures.

●液体攪拌操作における翼端渦と多相分散の関係性の解明 . [ 京都大学

[Composites Science and Technology, 199, (2020), 108331]

学術情報メディアセンター・センター全国共通 [ 広報 ], 19(1), (2020),

Zhenjin Wang, Hiroki Kurita, Hiroaki Nagaoka, Fumio Narita

2-3] 山本卓也● Twisting and Reverse Magnetic Field Effects on Energy●金属生産分野における移動現象論 . [ 化学工学会誌 , 84, (2020),

Conversion of Magnetostrictive Wire Metal Matrix Composites.

255] 山本卓也[Physica Status Solidi - Rapid Research Letters, 14(10), (2020),●奨励賞受賞者からの解説論文 圧縮性 3 相流シミュレーションによる

2070039] Zhenjun Yang, Zhenjin Wang, Manabu Seino,

エマルジョン化時に発生する高速液体ジェット方向依存性 . [ ソノケミスト

Daisuke Kumaoka, Go Murasawa, Fumio Narita

リー学会ニュースレター , 14, (2020), 32-35] 山本卓也

【総説・解説】●超音波キャビテーション気泡の分裂、崩壊、合一メカニズムの解明 .

● Fe-Co 系磁歪合金を用いた 複合材料の振動・衝撃発電特性 . [ まて[ 東京大学情報基盤センター Supercomputing News, 22, Specialof Supercritical Fluids, 164, (2020), 104891] Haixin Guo, Shida
Tomoka, Richard Lee Smith

複合材料設計学分野（成田研）● Complete dechlorination of lindane over N-doped porous【論文】

carbon supported Pd catalyst at room temperature andatmospheric pressure. [Science of the Total Environment, 719,
(2020), 137534] Jirui Yang, Xinhua Qi, Feng Shen, Mo Qiu,
Richard Lee Smith● Controlled conversion of sodium hyaluronate into lowmolecular-weight polymers without additives using hightemperature water and fast-heating-rates. [Journal ofSupercritical Fluids, 155, (2020), 104638] Taku Michael Aida,
Minori Oshima, Tanjina Sharmin, Kenji Mishima, Richard L.
Smith● Cycloamination strategies for renewable N-heterocycles.
[Green Chemistry, 22(3), (2020), 582-611] Hu Li, Haixin Guo,
Zhen Fang, Taku Michael Aida, Richard Lee Smith● Distribution coefficients of salicylic acid and methyl
salicylate in high-pressure CO 2 -water - ethanol systems.
[Journal of Supercritical Fluids, 166, (2020), 105013] Yuta
Sugimoto, Masaki Ota, Yoshiyuki Sato, Richard Lee Smith,Hiroshi Inomata● Local composition models for predicting Kamlet-Taftdipolarity/polarizability of nonaqueous binary and ternary
mixtures. [Journal of Molecular Liquids, 304, (2020), 112691112691] Alif Duereh, Haixin Guo, Yoshiyuki Sato, Hiroshi
Inomata● Mechanistic role of protonated polar additives in ethanol
for selective transformation of biomass-related compounds.
[Applied Catalysis B: Environmental, 264, (2020), 118509]
Haixin Guo, Alif Duereh, Yaqiong Su, Emiel J.M. Hensen, Xinhua
Qi, Richard Lee Smith● Role of impurity components and pollutant removal
processes in catalytic oxidation of o-xylene from simulatedcoal-fired flue gas. [Science of the Total Environment, inpress(2020), 142805] Yuting Wang, Xiao Zhang, Boxiong Shen,
Richard Lee Smith, Haixin Guo● Supercritical Hydrothermal Synthesis of Polyacrylic AcidCapped Copper Nanoparticles and Their Feasibility as

74 Coexistence Activity Report 2020

● A Review of Piezoelectric and Magnetostrictive Biosensor
Materials for Detection of Covid-19 and Other Viruses.
[Advanced Materials, in press, (2020)] Fumio Narita, Zhenjin
Wang, Hiroki Kurita, Zhen Li, Yu Shi, Yu Jia, Constantinos
Soutis● Assessing the Flexural Properties of Epoxy Composites
with Extremely Low Addition of Cellulose Nanofiber Content.
[Applied Sciences, 10, (2020), 1159] Y. Xie, H. Kurita, R.
Ishigami and F. Narita● Electromechanical Response and Residual Thermal Stressof Metal-Core Piezoelectric Fiber /Al Matrix Composites.

りあ , 59(1), (2020), 16-20] 成田史生

Issue 1, (2020), 25-29] 山本卓也

【著書】

●物理的作用を利用した環境調和型アルミニウム生産プロセスの開発 .

●楽しく学ぶ破壊力学 . [(2020), 朝倉書店 ] 成田史生 , 大宮正毅 , 荒木

[ 軽金属 , 70, (2020), 318-319] コマロフセルゲイ, 山本卓也

稚子

[Sensors, 20(20), (2020), 5799] Yinli Wang, Tetsuro Yanaseko,
Hiroki Kurita, Hiroshi Sato, Hiroshi Asanuma, Fumio Narita● Experimental Evaluation of Tensile Properties of Epoxy
Composites with Added Cellulose Nanofiber Slurry. [Strengthof Materials, 52(5), (2020), 798-804] H. Kurita, R. Ishigami, C.
Wu, F. Narita● Fabrication and Mechanical Proper ties of CarbonFiber-Reinforced Polymer Composites with Lead-Free
Piezoelectric Nanoparticles. [Sensors and Materials, 32(7),(2020), 2453-2462] Hiroki Kurita, Zhenjin Wang, Hiroaki
Nagaoka, Fumio Narita● Fabrication , Modeling and Characterization ofMagnetostrictive Short Fiber Composites. [Materials, 13(7),(2020), 1494] Zhenjin Wang, Kotaro Mori, Kenya Nakajima,
Fumio Narita● High temperature electromechanical response of multilayer
piezoelectric laminates under AC electric fields for fuelinjector applications. [International Journal of Mechanics
and Materials in Design, 16(1), (2020), 207-213] Fumio Narita,
Ryohei Hasegawa, Yasuhide Shindo● Impact energy harvesting by Fe-Co fiber reinforced Al-Si
matrix composite. [Materialia, 10, (2020), 100644] Manabu
Seino, Lixin Jiang, Zhenjun Yang, Kenichi Katabira, Tadaaki
Satake, Fumio Narita, Go Murasawa

複合材料設計学分野（コマロフ研）【論文】● Combined effect of acoustic cavitation and pulsed
discharge plasma on wastewater treatment efficiency in acirculating reactor: A case study of Rhodamine B. [Ultrason.
Sonochem., 68, (2020), 105236] Sergey Komarov, Takuya
Yamamoto, Yu Fang, Daiki Hariu● Dynamic behavior of acoustic cavitation bubble originatedfrom heterogeneous nucleation. [J. Appl. Phys., 128, (2020),
044702] Takuya Yamamoto, Sergey Komarov● Evaluation of aluminum dross generation rate during
mechanical stirring of aluminum through model experimentand numerical simulation. [Metall. Mater. Trans. B, 51B,
(2020), 1836-1846] Takuya Yamamoto, Kenya Kato, Sergey V.
Komarov, Ryosuke Taniguchi, Yasuo Ishiwata● InxGa1-xSbSe mixed crystals grown from an In flux by thetraveling heater method for THz wave generation. [J. Phys.
Commu., 4, (2020), 065007] Y. Sato, C. Tang, K. Watanabe, J.
Ohsaki, T. Yamamoto, T. Tanabe, Y. Oyama● Liquid jet directionality and droplet behavior during
emulsification of two liquids due to acoustic cavitation.

環境創成計画学講座
環境分子化学分野【論文】● A precise deconvolution method to derive methane hydrate
cage occupancy ratios using Raman spectroscopy. [Chemical
Engineering Science, 214, (2020), 115361(1)-115361(5)] Hiraga,Y., Sasagawa, T., Yamamoto, S., Komatsu, H., Ota, M., Tsukada,T., Smith, R.L., Jr.
● Distribution coefficients of salicylic acid and methyl
salicylate in high-pressure CO 2 water - ethanol systems.
[Journal of Supercritical Fluids, 166, (2020), 105013(1)105013(8)] Yuta Sugimoto, Masaki Ota, Yoshiyuki Sato, Richard
Lee Smith, Hiroshi Inomata● Kamlet-Taft Dipolarity/Polarizability of Binary Mixtures ofSupercritical Carbon Dioxide with Cosolvents: Measurement,
Prediction, and Applications in Separation Processes.
[Industrial & Engineering Chemistry Research, 59(27), (2020),
12319-12330] Alif Duereh, Yuta Sugimoto, Masaki Ota,
Yoshiyuki Sato, and Hiroshi Inomata●医薬食品素材を安心安全に製造するための連動式自動背圧弁を搭載した亜臨界溶媒分離装置と理論の開発 . [ フジサンケイビジネスアイ第 34

Coexistence Activity Report 202075

回独創性を拓く先端技術大賞 web 公開論文 , (2020), 1-6] 大田昌樹 ,堀川愛晃【総説・解説】●環境調和型バイオインダストリーを志向した新しい抽出分離技術の開発 . [ バイオサイエンスとインダストリー , 78(6), (2020), 548-549] 大
田昌樹●常温付近の温度帯を用いる新しい香気成分の分離装置の開発 . [ 公益財団法人日本食品化学研究振興財団研究成果報告書 , (2020)] 大田昌
樹●食品のグリーン製造に向けた新しい亜臨界流体分離技術の開発 . [ 公益財団法人飯島藤十郎記念食品科学振興財団 2019 年度年報 , 35,(2020), 107-112] 大田昌樹
●食品のグリーン製造に向けた新しい亜臨界流体分離技術の開発 . [ 公益財団法人飯島藤十郎記念食品科学振興財団学術研究助成による成果
報告 , 7, (2020), 127-127] 大田昌樹
●食物アレルゲン対応食品製造のための新しい高圧噴霧技術の開発 .
[ 公益財団法人ニッポンハム食の未来財団 2019 年度研究助成事業成果
報告会要旨集 , (2020), 8-8] 大田昌樹
【著書】
●分離・抽出：超臨界 CO2 天然物固体からの抽出 . [ 高圧力の科学・技術辞典 , (2020), 朝倉出版 ] 大田昌樹

連携講座
環境適合材料創製学分野【論文】● A methodology of steel microstructure recognition using
SEM images by machine learning based on textural analysis.
[Materials Today Communications, 25, (2020), 101514]
Kazumasa Tsutsui, Hidenori Terasaki, Kyohei Uto, Tatsuya
Maemura, Shogo Hiramatsu, Kotaro Hayashi, Koji Moriguchi,
and Shigekazu Morito● Interpretability of deep learning classification for lowcarbon steel microstructures. [MATERIALS TRANSACTIONS,
61 (8), (2020), 1584-1592] Tatsuya Maemura, Hidenori
Terasaki, Kazumasa Tsutsui, Kyohei Uto, Shogo Hiramatsu,
Kotaro Hayashi, Koji Moriguchi, and Shigekazu Morito● Influence of Sn on practical performances of structuralsteels. [International Journal of Mining, Materials, andMetallurgical Engineering (IJMMME), 6, (2020), 27-34] Kazuki
Inujima and Kazutoshi Ichikawa【総説・解説】●焼結鉱強度および被還元性の両立を目指した産学連携によるマグネタ
イト鉱石の酸化促進指針 . [ ふぇらむ , 26(4), (2020), 211-217] 松村勝● Dry synthesis of single-nanometer-scale Pt Si fine particles
for electrocatalysis. [Journal of Electroanalytical Chemistry,
876, (2020), 114492] Naoto Todoroki, Shuntaro Takahashi,
Kotaro Kawaguchi, Yusuke Fugane, Toshimasa Wadayama● Model building analysis - a novel method for statisticalevaluation of Pt L3 -edge EXAFS data to unravel the structureof Pt-alloy nanoparticles for the oxygen reduction reaction
on highly oriented pyrolytic graphite. [Physical Chemistry
Chemical Physics, 22, (2020), 18815-18823] Felix E. Feiten,
Shuntaro Takahashi, Oki Sekizawa, Yuki Wakisaka, Tomohiro
Sakata, Naoto Todoroki, Tomoya Uruga, Toshimasa Wadayama,
Yasuhiro Iwasawa, Kiyotaka Asakura● Online Electrochemical Mass Spectrometry Combined with
the Rotating Disk Electrode Method for Direct Observationsof Potential-Dependent Molecular Behaviors in the ElectrodeSurface Vicinity. [Journal of The Electrochemical Society,167(10), (2020), 106503] Naoto Todoroki, Hiroto Tsurumaki,
Hiroki Tei, Tomohiro Mochizuki, Toshimasa Wadayama●ドライプロセス法による表面原子構造制御に立脚した燃料電池触媒の開発 . [ 燃料電池 , 20, (2020), 50-56] 轟直人

Higuchi, Y. Sawa, T. Machida, Y. Niwa, and S. Maksyutov● The Global Methane Budget 2000-2017. [Earth Syst. Sci.
Data, 12, (2020), 1561-1623] Saunois, M., Stavert, A. R., Poulter,
B., Bousquet, P., Canadell, J. G., Jackson, R. B., Raymond, P. A.,
Dlugokencky, E. J., Houweling, S., Patra, P. K., Ciais, P., Arora,
V. K., Bastviken, D., Bergamaschi, P., Blake, D. R., Brailsford, G.,
Bruhwiler, L., Carlson, K. M., Carrol, M., Castaldi, S., Chandra,N., Crevoisier, C., Crill, P. M., Covey, K., Curry, C. L., Etiope, G.,
Frankenberg, C., Gedney, N., Hegglin, M. I., Höglund-Isaksson,
L., Hugelius, G., Ishizawa, M., Ito, A., Janssens-Maenhout, G.,
Jensen, K. M., Joos, F., Kleinen, T., Krummel, P. B., Langenfelds,
R. L., Laruelle, G. G., Liu, L., Machida, T., Maksyutov, S.,
McDonald, K. C., McNorton, J., Miller, P. A., Melton, J. R.,
Morino, I., Müller, J., Murgia-Flores, F., Naik, V., Niwa, Y., Noce,S., O'Doherty, S., Parker, R. J., Peng, C., Peng, S., Peters, G.
P., Prigent, C., Prinn, R., Ramonet, M., Regnier, P., Riley, W. J.,
Rosentreter, J. A., Segers, A., Simpson, I. J., Shi, H., Smith, S. J.,
Steele, L. P., Thornton, B. F., Tian, H., Tohjima, Y., Tubiello, F. N.,
Tsuruta, A., Viovy, N., Voulgarakis, A., Weber, T. S., van Weele,M., van der Werf, G. R., Weiss, R. F., Worthy, D., Wunch, D., Yin,Y., Yoshida, Y., Zhang, W., Zhang, Z., Zhao, Y., Zheng, B., Zhu, Q.,
Zhu, Q., and Zhuang, Q.
【総説・解説】

環境材料表面科学分野【論文】

Reports, 10, (2020), 7963].Umezawa, T., H. Matsueda, T. Oda, K.

●日光によるビタミン D の生成 . [ ビタミン , 94, (2020), 469-491]

地球環境変動学分野

中島英彰

【論文】
● Assessment of spatio-temporal distribution of CO2 overgreater Asia using the WRF-CO2 model. [J. Earth Syst. Sci.,
129, (2020), 80] Ballav, S., M. Naja, P.K. Patra, T. Machida and H.
Mukai● Chlorine partitioning near the polar vortex edge observedwith ground-based FTIR and satellites at Syowa Station,
Antarctica in 2007 and 2011. [Atmos. Chem. Phys., 20, (2020),
1043-1074] Nakajima, H., I. Murata, Y. Nagahama, H. Akiyoshi,
K. Saeki, T. Kinase, M. Takeda, Y. Tomikawa, E. Dupuy, and N. B.
Jones

環境研究推進センター【論文】● Variations in trace elements, isotopes, and organic
geochemistry during the Hangenberg Crisis, DevonianCarboniferous transition, northeastern Vietnam. [Island Arc,29(1), (2020), e12337] Shizuya, A., Oba, M., Ando, T., Ogata, Y.,
Takashima, R., Nishi, H., Komatsu, T. and Nguyen, P.

● Detection of fossil-fuel CO 2 plummet in China due to
COVID-19 by observation at Hateruma. [Sci Rep, 10, (2020),
18688].Tohjima, Y., Patra, P.K., Niwa, Y., Mukai, H., Sasakawa M.,
and Machida, T.
● Siberian and temperate ecosystems shape Northern
Hemisphere atmospheric CO2 seasonal amplification. [PNAS
September 1, 117 (35), (2020), 21079-21087] Lin, X., B. M.
Rogers, C. Sweeney, F. Chevallier, M. Arshinov, E. Dlugokencky,
T. Machida, M. Sasakawa , P. Tans, and G. Keppel-Aleksa● Spatio-temporal variations of the atmospheric greenhousegases and their sources and sinks in the Arctic region. [Polar
Science, In Press, (2020), 100553] Morimoto, S., D. Goto, S.
Murayama, R. Fujita, Y. Tohjima, S. Ishidoya, T. Machida, Y. Inai, P.
K. Patra, S. Maksyutov, A. Ito, S. Aoki
● Statistical characterization of urban CO2 emission signals
observed by commercial airliner measurements. [Scientific

76 Coexistence Activity Report 2020

Coexistence Activity Report 202077

博士・修士論文題目一覧（ 令和 2 年 3月・9月修了）
博士論文【令和 2 年 3 月修了】10 名【令和 2 年 9 月修了】12 名●堀内 香里●河村 順平「清代モンゴル境界考」「食品粉体と変形や破壊をともなう固形油脂のモデリングとその混合に指導教員：岡 洋樹 教授

関する研究」● ZAKA RUHMA

指導教員：加納 純也 教授「Fabrication and Characterization of Metal-Supported Solid● VANI NOVITA ALVIANI

Oxide Fuel Cells（金属支持固体酸化物形燃料電池の作製と評価）」「Hydrogen production from aluminium waste materials and

指導教員：川田 達也 教授

acidic hot spring water as advanced direct use of geothermal●今井 はるかenergy（先進的地熱直接利用としての廃アルミニウムと酸性温泉を用い「身近な生物の認識に影響を与える生物及び社会属性の分析～ 15 年間た水素製造）」の行政統計のアンケート調査を基にした分析から～」

指導教員：土屋 範芳 教授

指導教員：松八重 一代 教授

研究指導教員：平野 伸夫 助教

研究指導教員：香坂 玲 客員教授

● Vu Minh Chien●上澤 進「Study on Mechanical Properties of Modified Sludge by「ウォータージェットを用いた難透水層のバイオレメディエーション技術のGeopolymer and Fiber（ジオポリマーと繊維質物質による改良土の機開発」

械的特性に関する研究）」

指導教員：駒井 武 教授

指導教員：高橋 弘 教授

● WANG JIAJIE● FAJAR FEBIANI AMANDA「Enhanced hydrogen production with CO 2 utilization and「Granite hosted supercritical geothermal reservoir and its

storage through hydrothermal alteration of peridotite（カンランformation in subduction system（沈み込み帯における花崗岩中の超岩の熱水変質を用いた二酸化炭素利用・固定型水素製造）」

臨界地熱貯留層の形成に関する研究）」

指導教員：駒井 武 教授

指導教員：土屋 範芳 教授

研究指導教員：渡邉 則昭 准教授

研究指導教員：宇野 正起 助教●公文 翔一● MARSETIO NOORPRAJUDA「高結晶性単層カーボンナノチューブを用いた平面型電界電子放出源に関「Study on novel fabrication processes of AlN by pulsed DCする研究」

reactive sputtering and substitution reaction（反応性パルス DC

指導教員：高橋 英志 教授

スパッタ法と置換法による AlN 結晶の新規作製プロセスに関する研究）」

研究指導教員：下位 法弘 准教授

指導教員：福山 博之 教授●関 亜美

研究指導教員：大塚 誠 准教授「石炭フライアッシュの有害元素溶出に関するマネジメント手法の開発お● MINDALEVA DIANA IGOREVNA

よび検討」「Fluid infiltration and permeability enhancement by mid-crust

指導教員：井上 千弘 教授

fracturing during high grade metamorphism（高度変成作用中の●張 政陽

中部地殻の破壊による流体の浸透と透水率の増進）」「リユースに着目した使用済自動車由来の金属資源の動的循環解析」

指導教員：土屋 範芳 教授

指導教員：松八重 一代 教授

研究指導教員：宇野 正起 助教

●楊 重陽

●劉 百龍

「Exploring the interactions between microbes and plants in「Numerical study of supercritical fluid fracturing performancerhizosphere of arsenic hyperaccumulators to improve arsenic

for energy resource development（エネルギー資源開発のための超phytoremediation（ファイトレメディエーション効果改善のためのヒ素

臨界流体を用いたフラクチャリング効果の数値解析による検討）」

高蓄積植物根圏における微生物－植物間相互作用の探究）」

指導教員：伊藤 高敏 教授

指導教員：井上 千弘 教授

研究指導教員：鈴木 杏奈 助教

研究指導教員：簡 梅芳 助教●王 蘇芸● SITI NUR FATIHAH BINTI MOIDEEN「Fundamental Studies on Polarimetric and Interferometric「Performance Evaluation of Anaerobic Membrane Bioreactor

Ground-Based SAR in Bistatic Configuration（バイスタティック地

in Treating Dairy Food Industrial Wastewater（乳製品系食品廃棄

表設置型合成開口レーダにおける偏波・干渉技術に関する基礎的研究）」

物を処理する嫌気性 MBR の性能評価）」

指導教員：佐藤 源之 教授

指導教員：李 玉友 教授● ANGGA HERMAWAN●遠藤 拓也「Synthesis of Metal Oxides with Controllable Morphology「エステル化反応を用いた金属ドープ ZnO ナノ粒子の合成と透明導電膜

and Surface Charge and Their Composites for Gas Sensor

への応用」

Application（形態と表面電荷を制御可能な金属酸化物の合成とそれら指導教員：高橋 英志 教授の複合材料におけるガスセンサーへの応用）」

研究指導教員：横山 俊 准教授

指導教員：殷 澍 教授

●及川 大輝研究指導教員：朝倉 裕介 助教「アスコルビン酸水溶液中における高アスペクト比 Cu ナノワイヤの高速●鈴木 涼子合成」「界面・結晶構造制御した ITO ナノ粒子の液相合成とミスト塗布による指導教員：高橋 英志 教授

透 明 導 電 膜 作 製（Liquid phase synthesis of ITO nanoparticles

研究指導教員：横山 俊 准教授

controlled in their interface with crystal structure and●大井 大地production of transparent conductive films by the mist-「電子・酸化物イオン混合導電性薄膜の酸素不定比性」

deposition）」

指導教員：川田 達也 教授

指導教員：村松 淳司 教授●岡野 広樹●西 康孝「石英の熱発光を用いた地熱探査法の開発に関する研究」「機能性ナノ粒子の液相精密合成に基づく機能性光学薄膜の超音波式ミ指導教員：土屋 範芳 教授

スト調製（Ultrasonic Mist Deposition of Optical Thin Films using

研究指導教員：平野 伸夫 助教

Liquid Phase-Prepared Functional Nanoparticles）」●奥山 弘太郎

指導教員：村松 淳司 教授「プロトン・酸化物イオン・電子混合導電体における物質輸送及び電極反●陸 嘉麒

応の等価回路解析」「Development of a Cl circulation system through

指導教員：川田 達也 教授

dechlorination process of PVC wastes along with simulation●笠原 久夢and ex-ante LCA（廃 PVC 脱塩素プロセスと演繹的 LCA を組み合わ「地殻内体積膨張反応によるき裂生成・閉塞メカニズムに関する研究」

せた塩素循環システムの構築）」

指導教員：土屋 範芳 教授

指導教員：吉岡 敏明 教授

研究指導教員：宇野 正起 助教

研究指導教員：熊谷 将吾 助教●梶間 周一郎「GIS データを用いた木質バイオマスの供給ポテンシャルの推定」
指導教員：松八重 一代 教授

修士論文【令和 2 年 3 月修了】97 名●青柳 智大「WO3 のプロトン・電子混合伝導性に関する研究」
指導教員：小俣 孝久 教授●赤星 広大「超硬合金およびセラミックスの強度、欠陥、熱応力の FEM 解析」
指導教員：松原 秀彰 教授
研究指導教員：上高原 理暢 准教授●秋山 祐也「変位および振動測定のためのマルチスタティックレーダの基本設計」
指導教員：佐藤 源之 教授●淺原 叶「リン酸カルシウム骨セメントの微構造制御と特性・性能評価」
指導教員：松原 秀彰 教授
研究指導教員：上高原 理暢 准教授●稲吉 晴子「赤色発光の実現に向けた Zn(Te,S) 混晶量子ドットの合成に関する研究」
指導教員：小俣 孝久 教授●梅村 仁美「安定化ジルコニアの機械的特性に及ぼす固溶 Ni の影響」
指導教員：八代 圭司 准教授●軽部 友朗「酸化鉄粉末添加によるスコロダイト合成反応に対する Fe(II) およびFe(III) の影響」
指導教員：柴田 悦郎 教授
研究指導教員：飯塚 淳 准教授●神原 新「Ni-Al フラックスを用いた AlN バルク単結晶作製法の開発」
指導教員：福山 博之 教授
研究指導教員：安達 正芳 助教●木下 陽仁「土壌からの水銀フラックスを考慮した健康リスク評価モデルの開発」
指導教員：駒井 武 教授
●木村 功男「打設型繊維質固化処理土工法の施工性と処理土の強度特性に関する研究」
指導教員：高橋 弘 教授
研究指導教員：里見 知昭 助教●木村 魁斗「粒子間圧密を考慮した造粒現象のモデル化とシミュレーション」
指導教員：加納 純也 教授●黄 季宇「油脂高速分解コンソーシアムからの各単離株の機能評価」
指導教員：井上 千弘 教授●小林 恵子「航空機電動化のための軽量中温作動型 SOFC 用新規 Ti 合金インター
コネクト材料の評価」
指導教員：川田 達也 教授

78 Coexistence Activity Report 2020

Coexistence Activity Report 202079

●小林 健太●新部 貴理●犬嶋 一貴指導教員：葛西 栄輝 教授「平刃による水中地盤掘削における掘削抵抗力評価・解析に関する研究」「シリカ鉱物の析出・運搬・相変化過程と断層面における地殻流体の移「構造用鉄鋼材料の使用性能に及ぼす Sn の影響」

研究指導教員：丸岡 大佑 助教

指導教員：高橋 弘 教授

動現象に関する実験的研究」

指導教員：市川 和利 客員教授

●吉田 流雅研究指導教員：里見 知昭 助教

指導教員：土屋 範芳 教授●井上 隆弘「錯体水素化物を用いた全固体電池の高電位反応性と電解質 / 正極界面

●合戸 信之介

研究指導教員：岡本 敦 准教授「高温溶融金属内における超音波ホーンの耐久特性と浸食機構の解明」の中間層導入による電気化学特性改善」「2 波長反射率比法の電磁浮遊金属液滴への適用に向けた課題抽出」●錦織 司

指導教員：コマロフ セルゲイ 教授

指導教員：折茂 慎一 教授

指導教員：福山 博之 教授「ZrC 添加 Mo-Si-B 合金の凝固経路と状態図」

研究指導教員：吉川 昇 准教授

研究指導教員：金 相侖 助教

研究指導教員：大塚 誠 准教授

指導教員：福山 博之 教授●楠木 啓介●池田 大地●後藤 宏基研究指導教員：大塚 誠 准教授「Ir を含む単結晶合金表面の構築と電極触媒特性 」「層状複水酸化物ナノシートの新規合成法の開発と吸着特性」「浮遊法による Cu2S 融体の高精度熱物性測定」●根津 勇介

指導教員：和田山 智正 教授

指導教員：吉岡 敏明 教授

指導教員：福山 博之 教授「玄武岩 - 海水系の変質過程における元素の選択的溶脱・固定に関する

研究指導教員：轟 直人 准教授

研究指導教員：亀田 知人 准教授

研究指導教員：安達 正芳 助教

実験的研究」●工藤 大輔●伊藤 健太郎●後藤 遼太

指導教員：土屋 範芳 教授「Pt と早期遷移金属との界面原子構造観察と電極触媒特性」「生体物質検出に向けた電気化学センサの高機能化」「Super Critical / Super Hot 環境下における水圧破砕のメカニズムに研究指導教員：岡本 敦 准教授

指導教員：和田山 智正 教授

指導教員：珠玖 仁 教授研

関する研究」●服部 晃己研究指導教員：轟 直人 准教授

究指導教員：井上 久美 准教授

指導教員：高橋 弘 教授

「炭酸塩鉱物を含有する火山岩油ガス貯留層に対する生分解性キレート●佐藤 滉祐●浦田 勇輝研究指導教員：坂口 清敏 准教授

剤 GLDA を用いた坑井刺激法」「劣質炭材内装鉱の還元機構」「チアカリックス [4] アレーン -p- テトラスルホン酸上部端の部分置換体●菅 紗世

指導教員：駒井 武 教授

指導教員：葛西 栄輝 教授の合成と機能創成」「高電圧パルス破砕技術を用いた燃料デブリの選択的破砕処理に関する研究指導教員：渡邉 則昭 准教授

研究指導教員：村上 太一 准教授

指導教員：壹岐 伸彦 教授

基礎的検討」● MARIA ITA SAUNIVALU●戸嶋 健人●小川 寛人

指導教員：柴田 悦郎 教授「Study of non-economic phytomass to generate bioethanol（非「高水素配位錯イオンを含む遷移金属錯体水素化物の合成」「遷移金属ダイカルコゲナイド二次元物質における水素発生反応の電気研究指導教員：飯塚 淳 准教授

経済植物バイオマスからのバイオエタノール生産に関する研究）」

指導教員：折茂 慎一 教授

化学イメージング」●杉沢 直樹

指導教員：井上 千弘 教授

研究指導教員：高木 成幸 准教授

指導教員：珠玖 仁 教授

「カルサイト－リン酸反応を用いた鉱物反応帯の形成プロセスに関する基研究指導教員：簡 梅芳 助教●中村 周矢研究指導教員：熊谷 明哉 准教授

礎的研究」●三浦 崇宏「ペレット複合化焼結鉱の焼成後強度および組織設計」●神戸 貴史

指導教員：土屋 範芳 教授「弾性波計測に基づく超臨界地熱環境における水圧破砕現象の特性評価

指導教員：葛西 栄輝 教授「ランタニド - 三脚型シッフ塩基錯体における配位構造の制御および複核研究指導教員：宇野 正起 助教に関する研究」

研究指導教員：村上 太一 准教授

化によるランタニド発光の高機能化」●強矢 恭輔指導教員：土屋 範芳 教授●長尾 哲郎

指導教員：壹岐 伸彦 教授「UAV からのコーン落下貫入による地盤強度推定に関する研究」●湊 智晴「Pt ｰ Co(111) 合金表面の構造および磁気特性と酸素系電極触媒反応 」

研究指導教員：唐島田 龍之介 助教

指導教員：高橋 弘 教授

「バケットによる地盤掘削における掘削溝形状評価と抵抗力解析に関す

指導教員：和田山 智正 教授●木内 亮汰

●須山 裕介る研究」

研究指導教員：轟 直人 准教授「原発性アルドステロン症診断に向けたヤヌス粒子ベースのイムノセンシ「砂からマイクロプラスチックを分離する方法の開発と海浜の砂中のマイ

指導教員：高橋 弘 教授

●針生 大輝ング法の開発」

クロプラスチック定量への応用」

研究指導教員：里見 知昭 助教「キャビテーション支援プラズマを用いた排水処理効率に対するガス吹

指導教員：珠玖 仁 教授

指導教員：井上 千弘 教授●宮澤 美幸込みの影響の調査」

研究指導教員：井上 久美 准教授

研究指導教員：グラウゼ ギド 准教授「パーシステントホモロジーによるき裂構造解析と流動特性評価」

指導教員：コマロフ セルゲイ 教授●菊池 晴菜子●関澤 力

指導教員：伊藤 高敏 教授

研究指導教員：山本 卓也 助教「ゼオライト及び層状複水酸化物を用いた再生医療培養液における細胞「プロトン伝導性酸化物における機械 - 電気化学相互作用の評価」

研究指導教員：鈴木 杏奈 助教●府金 裕亮

代謝物の吸着と反応解析」

指導教員：八代 圭司 准教授●森下 裕太郎「レーザー誘起プラズマ発光分析法によるアルミニウムリサイクル素材の指導教員：吉岡 敏明 教授●高須 俊樹「多孔質ニッケルの低温酸化における収縮現象の評価」

選別と介在物粒子の検出」

研究指導教員：亀田 知人 准教授「混合導電性電極における表面酸素ポテンシャルの評価」

指導教員：八代 圭司 准教授

指導教員：我妻 和明 教授●熊谷 樹

指導教員：八代 圭司 准教授●横山 佳祐●宮川 拓「化学反応や酵素活性の電気化学制御を用いたハイドロゲル形成法の開●土倉 嵩「水圧による断層すべり発生機構に関する研究」「金属材料の積層多形 (Polytype) エネルギー論に関する第一原理計算

発」「固体酸化物形燃料電池内の電流分布測定手法の開発」

指導教員：伊藤 高敏 教授

解析」

指導教員：珠玖 仁 教授

指導教員：川田 達也 教授

研究指導教員：椋平 祐輔 助教

指導教員：森口 晃治 客員教授

研究指導教員：伊野 浩介 准教授● DELIMA CANNY VALENTINE●廖 翰卿●望月 智裕●後藤 慧「Application of Ground Based Synthetic Aperture Radar to「次世代自動車の関与物質総量における地域依存性分析」「マグネシウムを含む金属間化合物の合成及び水素貯蔵機構の解明」「三脚型シッフ塩基を配位子とする Yb(III) 錯体の発光機構調査と発光性

Soil-Loss Estimation（地表設置型合成開口レーダによる土砂浸食推指導教員：松八重 一代 教授

指導教員：折茂 慎一 教授

能向上」

定）
」

●林 舒航

研究指導教員：佐藤 豊人 助教

指導教員：壹岐 伸彦 教授

指導教員：佐藤 源之 教授「日本における地域別汚泥発生に関連する稀少資源フロー解析」●守岡 明良研究指導教員：鈴木 敦子 助教●当摩 悠希

指導教員：松八重 一代 教授「焼結プロセスからの CO2 削減を目指したマグネタイト鉱石同化促進に●後藤 駿輔「新規浮選剤によるヒ素含有銅鉱物の分離を目的とした鉱物表面への吸●渡邊 亮

関する研究」「アルミナナノ粒子への化学気相蒸着によるカーボン堆積機構の検討」

着予測モデルの構築」「粉体圧縮成形プロセスにおける粒子変形・緻密化挙動の解析」

指導教員：松村 勝 客員教授

指導教員：京谷 隆 教授

指導教員：柴田 悦郎 教授

指導教員：加納 純也 教授●山崎 真悟研究指導教員：西原 洋知 准教授「焼結鉱の鉱物組織に及ぼすコークス配合率の影響」●佐藤 眞純研究指導教員：飯塚 淳 准教授「エンジニアリングプラスチックの熱分解および熱酸化分解」
80 Coexistence Activity Report 2020

Coexistence Activity Report 202081

指導教員：吉岡 敏明 教授

研究指導教員：蟹江 澄志 教授

研究指導教員：熊谷 将吾 助教●日野 翔太●寒川 洸太「電気化学デバイスを用いた血管内皮細胞の管形成制御」「ホットインジェクション法を用いた単分散性スピネル酸化物ナノ結晶粒

指導教員：珠玖 仁 教授

子の作製とマグネシウム二次電池電極への応用 」

研究指導教員：伊野 浩介 准教授

指導教員：本間 格 教授

●堀之内 舜研究指導教員：小林 弘明 助教「リン酸系混合イオン液体中への H2+CO2 混合ガス溶解度に対する●澤村 瞭太ePC-SAFT 状態方程式の適用」「近赤外吸収ジラジカル白金 (II) 錯体を治療薬とするがん光熱療法と薬指導教員：スミス リチャード リー 教授

物送達システムの開発」●宮嵜 竜一

指導教員：壹岐 伸彦 教授「3D プリンティングによるプロトン伝導性ハイブリッド電解質膜の作製」

研究指導教員：鈴木 敦子 助教

指導教員：本間 格 教授

●志田 友香●武者 洸貴「イオン液体系における Ni 含有炭素触媒を用いたバイオマス由来化合物「異核ランタニド - チアカリックスアレーン錯体の選択的合成法の開発との選択的水素化」

アップコンバージョン発光への応用」

指導教員：スミス リチャード リー 教授

指導教員：壹岐 伸彦 教授●柴崎 絢祐研究指導教員：唐島田 龍之介 助教「連続的かつ環境低負荷なリチウムイオン電池正極材料リサイクルプロセ●安永 幹生ス構築に向けた検討」「電気化学イメージングによる水素を利用した蓄電デバイスの反応メカニ

指導教員：スミス リチャード リー 教授

ズム解析」

研究指導教員：渡邉 賢 教授

指導教員：珠玖 仁 教授

●鈴木 渓介研究指導教員：熊谷 明哉 准教授「アラニン水熱分解における詳細化学反応モデルの構築」●谷地 赳拓指導教員：スミス リチャード リー 教授「有機液晶性デンドロン修飾による自己組織化 Fe3O4 ナノ粒子の精密合研究指導教員：渡邉 賢 教授

成とナノ組織構造解析」●高橋 和馬

指導教員：村松 淳司 教授「有機結晶を原料とする規則性カーボンアロイの調製とその構造制御」

研究指導教員：蟹江 澄志 教授

指導教員：京谷 隆 教授

●大和谷 匠研究指導教員：西原 洋知 准教授「ランタニド－チアカリックスアレーン錯体のイメージング・治療への応用●寺井 崇人を志向した in vitro 評価ならびに薬剤送達法の開発」「電気化学的代謝評価に向けた灌流可能な血管網と三次元組織の統合法

指導教員：壹岐 伸彦 教授の開発」●山本 慎一郎

指導教員：珠玖 仁 教授

「ラマン分光法を用いたメタンハイドレート解離機構の速度論的解析」

研究指導教員：梨本 裕司 助教

指導教員：スミス リチャード リー 教授●中村 美珠々●楊 心怡

「窒素ドープ層状チタン酸シートの合成と光触媒機能評価」「Mg-Al 系層状複水酸化物による鉱山坑廃水処理及び反応解析」

指導教員：殷 澍 教授

指導教員：吉岡 敏明 教授

研究指導教員：朝倉 裕介 助教

研究指導教員：亀田 知人 准教授●西村 侑希保●是澤 櫻子「亜鉛含有酸窒化物薄膜の合成と機能性評価」「ロシア連邦の先住民権利運動における集権的組織についての人類学的指導教員：殷 澍 教授

研究」

研究指導教員：朝倉 裕介 助教

指導教員：高倉 浩樹 教授●西山 雄也●市塲 昭裕「ハード・ソフトセグメント比の異なるポリウレタンエラストマーの熱分解「日本全国を対象としたダムにおける流木量と斜面崩壊の相関の分析」

反応解析」

指導教員：小森 大輔 教授

指導教員：吉岡 敏明 教授●馮 博

研究指導教員：熊谷 将吾 助教「Methanogenic Treatment of Phenol Wastewater by UASB-●半澤 直諭Based Two-Phase Process（UASB 型二相プロセスによるフェノール「アミノ基修飾機能性イオン液体を用いた白金族元素の抽出と逆抽出」

系排水のメタン生成処理）」

指導教員：村松 淳司 教授

指導教員：李 玉友 教授

研究指導教員：蟹江 澄志 教授●楊 亦帆●馬場 啓生「地域交通ネットワークにおけるコミュニティサイクルの役割―仙台市ダ「液相法による異種元素高ドープ酸化チタンナノ粒子の合成と機能性材料

テバイクを事例として―」への展開」

指導教員：明日香 壽川 教授

指導教員：村松 淳司 教授
82 Coexistence Activity Report 2020

【令和 2 年 9 月修了】15 名●蔡 祖光「Analysis of gas permeability in a packed particles bed by CFD
simulation（CFD シミュレーションによる粒子充填層の通気性の分析）」
指導教員：加納 純也 教授● Aman Sharma「Exploring Vanadium Phosphate Glass Exhibiting Mixed
Protonic and Electronic Conduction（プロトン - 電子混合伝導性を発現するバナジウムリン酸塩ガラスの探索）」
指導教員：小俣 孝久 教授
研究指導教員：鈴木 一誓 助教● Thomas Teguh Wijaya「Study on Stability of Slope Covered by Modified Landslide
Sludge（改良地滑り泥土を用いた法面の安定性に関する研究）」
指導教員：高橋 弘 教授
● EKO PRAMUDYO「Possibility and characteristics of carbon dioxide fracturing of
granite in conventional and superhot geothermal environments（在来型および超高温地熱環境での花崗岩の二酸化炭素による破砕の可能性および特性）」
指導教員：駒井 武 教授
研究指導教員：渡邉 則昭 准教授●周 昶宇「Fundamental study of advanced signal processing techniques
for linear array radar（線形アレイレーダの信号処理に関する基礎的研究）」
指導教員：佐藤 源之 教授● Dheanara Pinka「Carbon footprint analysis of seafood production in small

研究指導教員：唐島田 龍之介 助教● ARIEF NURUL UMAM
「Evaluation of microbial health risks caused by the usage ofriver water for a decentralized drinking water system（河川水を水源として用いた分散型浄水処理システムの利用における微生物リスク評価に関する研究）」
指導教員：佐野 大輔 准教授●何 子昴
「Methane Fermentation of Lipid-Rich Food Waste by a Hollow
Fiber Type Anaerobic Membrane Bioreactor（ 中 空 糸 系 嫌 気 性
MBR を用いた油脂リッチ食品廃棄物のメタン発酵）」
指導教員：李 玉友 教授● MENG LINGHAO「Assessing the Impact of Vegetation Restoration on Natural
Water Cycle - A Case Study of Northwest China（中国西北部における植生復元が水循環に及ぼす影響評価）」
指導教員：小森 大輔 准教授● ERWAN WAHYU WIBOWO「How Wealthy Level and Participation of Community-Based
Environmental Activities Affect on Environmental Awareness?
-A Case of Waste Banks in Pati Regency（インドネシア国パチ地域
における世帯の裕福度およびコミュニティベースの環境活動への参加が環境認知度に与える影響の理解）」
指導教員：小森 大輔 准教授● SAGITANINGTYAS SUSANTI UTAMI「The impact of an environmental education program on
sustainable waste management behaviors of high school
students in Indonesia（インドネシア環境教育プログラムが高校生の廃棄物管理に関わる行動変容に与える影響）」
指導教員：佐野 大輔 准教授

islands: Case study of Karimunjawa, Indonesia（小島嶼における漁業の炭素フットプリント解析：インドネシア、カリムンジャワ島の事例）」
指導教員：松八重 一代 教授● Farah Wirasenjaya「Nitrogen and Phosphorus Footprint Analysis on Food
Production in Indonesia（インドネシアにおける食料生産の窒素・リン
フットプリント解析）」
指導教員：松八重 一代 教授● Pongritsakda Thatthep「Optimization design of soil environment remediation using
multi-layered reactive transport model（階層型反応輸送解析モデ
ルを用いた土壌環境修復の最適設計）」
指導教員：駒井 武 教授
● MARIE CDDYQA JAYA GREGORIO ROGEL「Social network factors influencing smallholder farmers'
decision-making amid limited agriculture land（限られた農地での小規模農家の意思決定に影響を与える社会的ネットワーク要因）」
指導教員：駒井 武 教授
研究指導教員：石井 圭一 准教授●徐 宇琮「Investigation of luminescence properties and kinetic stabilityof lanthanide-sulfonylcalixarene complexes（ランタニド - スルホ
ニルカリックスアレーン錯体の発光特性と速度論的安定性の調査）」
指導教員：壹岐 伸彦 教授

Coexistence Activity Report 2020

83

進路状況
国立大学法人東北大学，モンゴル科学技術大学，Nam Hong Company（ベトナム），ホーチミン市技術師範大学（ベトナム），
Chroma International（インドネシア），西安電子科技大（中国），エネルギー鉱物資源省（インドネシア），
ジェンデラル・スディルマン大学 ( インドネシア ) ，地方公務員（宮城県），ケミカルグラウト株式会社，DOWA ホールディングス株式会社，
三菱マテリアル株式会社，国立大学法人東京大学，マレーシア工科大学，国立アイヌ民族博物館，株式会社日立製作所，KEHATI（インドネシア），
能美防災株式会社，三菱日立ツール株式会社，ソフトバンク株式会社，株式会社 IHI，住友電気工業株式会社，株式会社商船三井，
日産自動車株式会社，東日本電信電話株式会社，株式会社シマノ，日本製鉄株式会社，電源開発株式会社，株式会社農林中金総合研究所，
石福金属興業株式会社，キヤノン株式会社，JFE エンジニアリング株式会社，積水化学工業株式会社，株式会社日立ハイテクノロジーズ，
古河電気工業株式会社，JXTG エネルギー株式会社，三菱重工業株式会社，日本特殊陶業株式会社，東京ガス株式会社，応用地質株式会社，
JFE スチール株式会社，JX 金属株式会社，関西電力株式会社，太平洋セメント株式会社，アクセンチュア株式会社，美的集団有限公司（中国），
網易娯楽株式会社（中国），京セラ株式会社，ヤマハ発動機株式会社，古河電気工業株式会社，大同特殊鋼株式会社，三井金属鉱業株式会社，
ダイキン工業株式会社，東京エレクトロン株式会社，石福金属興業株式会社，株式会社東芝，地方公務員（秋田県），株式会社豊田自動織機，
日本ガイシ株式会社，日本たばこ産業株式会社，帝人株式会社，日立金属株式会社，フロンティア・ラボ株式会社，本田技研工業株式会社，
東洋エンジニアリング株式会社，花王株式会社，昭和電工株式会社，味の素株式会社，株式会社クレハ，株式会社トヨタシステムズ，旭化成株式会社，
住友金属鉱山株式会社，出光興産株式会社，千代田化工建設株式会社，パナソニック株式会社，トヨタ自動車株式会社，北海道電力株式会社，
セイコーエプソン株式会社，ハイブリッドテクノロジーズ，日本製粉株式会社，東北大学流体科学研究所，
Environmental Board Agency of Bantul Local Government（インドネシア），
Environmental Agency of Local Government in Tulungagung Regency（インドネシア），信州大学，
Pati Regency Government（インドネシア），株式会社ニコン

542020 年 修了者進路状況 (MC)

3 4
鉄鋼・非鉄

24

6

9

東北大学進学（博士課程）

化学・石油

65

10
電気・通信

15
8

5

9

9

電気・ガス・熱供給・水道業
学術研究（学術・開発研究機関・専門技術サービス等）
帰国・進学準備・国家試験準備等
情報通信業
建設業

輸送用機械

その他

製造業

その他（運輸業・郵便業、教育、その他サービス業）

電子部品・電子回路

2020 年 修了者進路状況 (DC)

3

学校教育

10

4

製造業
建設業

1

情報通信業

1
1

公務員
本学有期雇用884 Coexistence Activity Report 2020

その他（就職活動・帰国等）

Coexistence Activity Report 2020

85

TOPICS トピックス

仙台市・宮城県との環境教育に関する連携活動
本研究科は、一般市民を対象とした環境教育の一環として、自治体
による小学生向けの環境学習講座開催に協力している。2020 年は

みやぎ Z E B 研究会
キックオフシンポジウム

COVID-19 の影響を受けて講座開催は見送られた。仙台市との連携に基づく「せんだい環境学習館 たまきさんサロン」を中心としたアウト

当研究 科は、2013 年に発足した全 学組 織「エネルギー 研究 連

ZEB（Net Zero Energy Building）の普及促 進のため、「みや

携 推 進 委員会」の代 表 部局として、東 北大学のエネルギー 研究のぎ ZEB 研究会」を立ち上げ、キックオフシンポジウムを開催した。

集合体としての価値を高める活動を主導してきた。その成果をもと

コロナ禍の中で の開 催となったが、 産 学官それぞ れ の 分 野 から、に 2019 年 4 月 1 日に設 立されたのが、学際 研究重点拠点「エネ会場定員の上限に近い約 8 9 名の参加を頂く盛況となった。

ルギー価値学創生研究推進拠点」（ 拠点長：土屋範芳研究科長）で15：0 0 - 17：0 0ある。この拠点は、新しい学問としての「エネルギー価値学」創生

日

時：2020 年 11 月 4 日に向けて、理想とする持続可能社会からのバックキャストによる目会

場：青葉山キャンパス 工学研究科 中央 棟 大会議 室

標値を設定し、エネルギー研究を戦略的に推進し、自然科学、人

参加者：8 9 名

文・社会科学を融合した新たなパラダイムを創出することを目的としている。この活動の 一 環として、2020 年は宮城 県内におけるリーチ活動である「サロン講座」も、2020 年は 1 件の実施に留まった。
講座名と実施日、担当教員は下記の通りである。
【仙台市実施 たまきさんサロン講座】
2020 年 8 月 29 日
廃泥土のリサイクル / 高橋弘 教授
参加者：14 名

第2回環境科学討論会

2nd Academic Forum on Environmental Studies
2015 年より、 環 境 科 学 研 究 科 は発 足 以 来 続 いた 1 専 攻体 制

日時：2020 年 10 月 30 日

を改 組し「先進社会 環 境学専攻 」と「先端環 境 創成学専攻 」の 2

会

場：環 境科学研究科本館 展示スペース 2、大会議 室

13：0 0 -18：30

専 攻体 制となった。この変革にあたり、専 攻 間やコース間の 研 究

発 表 数：72 演 題

交 流を 促 進し、 専門 分 野 間の 情 報 交 換を活 性化させて研 究 科 内

参加者：127 名の良 好な融合と境界領域の開拓を目指すため、年 2 回のペースで受 賞者：「 研 究 交 流 会」 を開 催してきた。 これまで の開 催で、 すべての 研○ 研究科 長賞

究 室 から発 表 頂いたことを受け、2019 年からは 新しい試 みとし加藤 裕太、楊心怡

て学生のポスター発 表を中心に「 環 境科 学討 論 会」として新たに○ 優秀ポスター賞

スタートを切ることとした。 第 2 回目となる今 回は、 コロナ禍のJingwen Wang、堀合 理子、大 友真由

中で の開 催となったが、 予 想を大きく上 回る 72 件 のポスター演志村龍之介、江 畑聡一郎、杉山智哉、Y ifan Zhu、佐 藤 花菜子

題 応 募があり、 感 染 対 策を慎 重に講じた上で、 総 勢 127 名が 熱

竹森 達也、後 藤遼 太、青木晃司、土田恭平、小野薫 、友山恵

心に研究交 流を行った。開催日時ほか、各賞受 賞者を以下に記す。

86 Coexistence Activity Report 2020

Coexistence Activity Report 202087

環境科学研究科オープンキャンパス
オンラインでの開催となった 2020 年のオープンキャンパスでは、
本研究科を構成する 53 の研究室のうち、27 の研究室が動画と特設サイトを通じて研究内容を紹介した。参加研究室は下記の通りである。

○ エネルギー環境群：
坂口研、高橋（弘）研、土屋研、岡本研、井上研、高橋（英）研佐藤（義）研、上高原研、駒井・渡邉研、柴田研、加納研、
福山研、小俣研、伊藤研○ 化学・バイオ群：吉岡研、壹岐研、珠玖研、スミス研、大田研○ マテリアル群：葛西研、成田研、コマロフ研、和田山研○ 環境・地理群：李研、小森研

学位記伝達式・入学式

辞からオリエンテーションまですべてをオンラインによる動画配信で係行事にも大きな影響を及ぼした。9 月の学位記伝達式は、教職員行った。8 月に開設した研究科の公式 YouTube チャンネルはこうしならびに修了生が列席する形で行われたが、式典の様子をオンライン

た非対面式の行事やイベント開催という要請を受けたものだが、これ配信することで会場入場者を減らし、出席者間のソーシャルディスタを契機として、研究科の雰囲気や実際を学外にまで広く伝達する新たンスを確保しての開催となった。10 月入学生を対象とした入学式は、なツールを得たともいえよう。

第43回 国立大学法人大学院
環境科学関係研究科長等会議
本研究科は、環境関連研究者ネットワークの構築を図るために環境科学関係の研究科長等により組織される「国立大学法人大学院環境

入試説明会
2020 年は、春入試のための説明会をオンラインで開催した。参加

科学関係研究科長等会議」に参画している。富山大学が幹事校を務
春期大学院入試説明会

者にはまず研究科のウェブサイト上で、入試実行委員長中谷教授によ開催期間：11 月 27 日 ～ 12 月 5 日（日曜除く）

る研究科全体の特色と入試制度についての説明動画を視聴頂き、その各日とも 9：00 - 20：00

後、個別に指定された日時に zoom 上で担当教員が希望するコースに応じた説明を行った。

88 Coexistence Activity Report 2020

参加者：4 名

移動制限等により日本へ入国できない入学者も発生し、研究科長祝新型コロナウイルス感染症の世界的な流行は、2020 年の教務関めた 2020 年の第 43 回会議は、COVID-19 の状況を鑑み書面会議となった。

○ 協議事項 1：
組織変更に伴う「国立大学法人大学院環境科学関係研究科長等会議規定」の改正について○ 協議事項 2：
次回本会議の開催について○ 承合事項 1：
COVID-19 感染の拡大・収束時の各大学での対応状況と、教育研究への影響について○ 承合事項 2：
大学院国際化の対応状況（国際活動・国際共同研究・国際共著論
文への組織的な取組と大学の財政的支援、学位審査への海外・学外研究者の加入状況、外国人研究者及びその家族への支援状況）

Coexistence Activity Report 2020

89

索引
氏名

あ

職階

浅沼

宏

壹岐

伸彦

教授

42

井田

大貴

助教

44

（産業技術総合研究所） 客員教授

（学際科学フロンティア研究所、材料科学高等研究所）

か浩介 （工学研究科）

准教授

44

井上

久美 （山梨大学）

准教授

44

井上

千弘

教授

10, 28

宇野

正起

助教

12

佳婕

た

職階
英志

教授

22, 28

高橋

弘

教授

14

ダンダル
政陽

張

銘

轟

12

助教

26

（産業技術総合研究所） 客員教授

範芳

直人

鳥羽

助教

隆一

24

准教授

54

教授

28

准教授

24

助教

24

准教授

52

大庭

雅寛

特任准教授

62

大村

朋彦 （日本製鉄株式会社）

客員教授

58

岡本

敦

教授

12

海心

助教

46

（学際科学フロンティア研究所、工学研究科）

教授

34

教授

8

准教授

40

助教

42

郭

葛西

栄輝
理暢
知人 （工学研究科）

唐島田
川田
簡

龍之介
達也

梅芳

教授

18

助教

10
24

窪田

ひろみ

特任准教授

熊谷

将吾

助教

熊谷

明哉

准教授

44

准教授

10

（材料科学高等研究所、物質・材料研究機構）

グラウゼ

ギド

大樹

助教

48

駒井

武

教授

20, 28

セルゲイ

教授

50

小森

大輔 （工学研究科）

准教授

38

齋藤

優子

准教授

28, 40

坂口

清敏

准教授

16

坂本

靖英 （産業技術総合研究所） 客員准教授

佐藤

義倫

准教授

6, 28

里見

知昭

助教

14

佐野

大輔

准教授

38

珠玖

仁

教授

44

白鳥

寿一

教授

28

鈴木

敦子

助教

42

教授

46

助教

32

スミス
関根

（工学研究科）

リチャード
良平

は

ま

40, 56

栗田

コマロフ

トレンチャー

グレゴリー

30

教授

昌樹

亀田

中島

英彰 （国立環境研究所）

客員教授

60

中村

謙吾

助教

20

中谷

友樹

教授

32

梨本

裕司

助教

44

成田

史生

教授

48

埴淵

知哉

准教授

32

平野

伸夫

助教

4

藤田

哲雄

准教授

28

町田

敏暢 （国立環境研究所）

客員教授

60

教授

26

教授

8

客員教授

58
34

松八重

一代

松原

秀彰

松村

勝

丸岡

大佑

助教

三橋

正枝

助手

62

村上

太一

准教授

34

村田

功

准教授

36

森口

晃治 （日本製鉄株式会社）

客員教授

58

八代

圭司

准教授

18

山岸

裕幸

助手

24

山本

卓也

助教

50

横山

俊

准教授

22

吉岡

敏明

教授

吉川

昇

准教授

50

ら

李

玉友

教授

38

わ

渡辺

壱

56

渡邉

則昭

准教授
准教授

20

教授

54

や

30

和田山

90 Coexistence Activity Report 2020

オトゴンバヤル

張

土屋

な

ページ

高橋

大田

上高原

さ

30

伊野

王

氏名

ページ

（日本製鉄株式会社）（工学研究科）智正

40, 56

Coexistence Activity Report 202091

環境科学研究科事務室職員
事務室長
総務係

係長

嶋津

貴宏

今野

樹里

根本

貴徳

加藤

智

鹿野

美里

舘

智恵

二階堂
林

睦

村岡
教務係

係長

敦子
響子

菅田

宙

吉田

千晶 （ 2020 年 6 月まで）

手塚拓也 （2020 年 7 月～ 12 月まで）

赤坂

葉子

佐々原
千葉

裕子
綾子

発

行 ： 東北大学大学院環境科学研究科

企

画 ： 情報広報室
教

授

壹岐伸彦

准教授

坂口清敏

准教授

大田昌樹

助

物部朋子

手

発行日 ： 2021 年３月３１日
制

作 ： 株式会社コミューナ

お問い合わせは下記に[ 環境科学研究科 総務係 ]TEL 022-752-2233
FAX 022-752-2236〒 980-8572 仙台市青葉区荒巻字青葉 468-1
http://www.kankyo.tohoku.ac.jp/

92 Coexistence Activity Report 2020