第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告

2013 年 1 月 下 旬 の Nanotech Week の 中，1 月 30 日

源の 3 セッション（合計 10 件）の講演から構成され，3から 2 月 1 日まで東京国際展示場（東京ビッグサイト）

人の海外研究者も講演に招かれた．また，レセプション

において第 12 回国際ナノテクノロジー総合展・技術会議

ホール前のロビーではポスター展示が行われた．その内が開催された．最終日の 2 月 1 日に，このイベントを締

容は，「微細構造解析」「微細加工」「分子・物質合成」のめ括るものとして，文部科学省ナノテクノロジープラッ

3 プラットフォームで構成され，合計 25 機関が参加する

トフォーム「第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム

ナノテクノロジープラットフォームの紹介と，前身のナ（JAPAN NANO 2013）」が同展示場会議棟 1 階レセプショ

ノテクノロジーネットワークにおける平成 23 年度の 5 大ンホールで開かれた．このシンポジウムは，新しい科学成果である．

技術を創出する研究環境の整備・充実・共用に向けて開始された文部科学省のナノテクノロジープラットフォー
ム事業により開催されたものである．このプロジェクト

開会の挨拶（Opening Remarks）

は，大学，公的機関，企業の研究者が全国規模で研究分
野や機関を越えて研究ネットワークを構成するもので，
2002 年より実施されたナノテクノロジー総合支援プロ

シンポジウムは，主催者と文部科学省からの開会の挨
拶から始まった．

ジェクトに始まり，ナノテクノロジー・ネットワークプ
ロジェクトを経て，平成 24 年度より開始された．今回は，

主催者：潮田 資勝（物質・材料研究機構理事長）

世界がエネルギー，有用資源の確保，環境負荷低減など
地球規模の課題に直面している状況をふまえて，環境に調和したエネルギー・資源の確保に向けた挑戦的な技術

第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウムの開会に当り主催者としてご挨拶申し上げます．

開発へのナノテクノロジーの取り組みに的を絞って最新

平成 14 年に，新しい科学技術を創出する研究環境の整の研究開発の進歩について展望することを目指した．
「エ

備・充実・共用に向け，大学，公的機関，企業の研究者

ネルギー・資源・環境へのナノテクノロジーの多面的展

が全国規模で研究分野や機関を越えて研究ネットワーク

開」と銘打ち，東京ビッグサイト会議棟レセプションホーを構成することを狙って，文部科学省の委託事業としてルで，午前 10 時から午後 5 時半の長時間にわたり，熱気「ナノテクノロジー総合支援プロジェクト」が始まった．

を帯びた講演と討論が行われた．プログラムは開会挨拶，

この事業は，平成 19 年からの「ナノテクノロジー・ネッ

2 件の基調講演，再生可能エネルギー，省エネ・環境，資トワークプロジェクト」に引き継がれ，さらに，平成 24

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -1

年 7 月からは共用施設を研究開発のプラットフォームとする「ナノテクノロジープラットフォーム」プログラム

文部科学省：
文部科学省研究振興局 基盤研究課 柿田 恭良 課長

としてスタートし，産学連携して推進するナノテクノロ
ジーの研究開発を支援することとなりました．これらの事業の一環として，最先端の技術を披露して，将来の方向を議論する場として，平成 15 年よりこのシンポジウムを開催し，今回は第 11 回になります．
第 4 期科学技術基本計画では，ナノテクノロジーは共通基盤の役割を担い，「微細構造解析」，「微細加工技術」，「分子・物質合成」は重要な基本技術分野です．そこで，プラットフォームにはこの 3 つの研究領域を設けています．一方，地球規模の課題であるエネルギー，資源，環境の問題解決には科学技術の寄与が欠かせません．環境に調和したエネルギーや資源の利用には多面的な取り組みが必要になります．ナノレベルでの物質合成，合成された物質の加工，計測等，関連の技術をシステム化することにより，地球規模での課題の革新的な解決が進むことを期待しています．
本シンポジウムではナノテクノロジーを活用した，エネルギー，資源，環境問題解決の試みについて現状と今安倍政権が誕生し，富の創出のための一気通貫の仕組

後の展望を専門家の方々からご報告いただくこととしまみを作ろうとしています．本シンポジウムでエネルギー，

した．また，ナノテクノロジープラットフォームの概要

資源，環境のためのナノテクノロジーを採り上げることと，ナノテクノロジー・ネットワークの昨年度の成果は，は意義深く，第 4 期科学技術基本計画の策定に携わった

シンポジウム会場入口のロビーでポスター展示により紹者として感慨深いものがあります．第 2 期，第 3 期基本介します．基調講演として，科学技術振興機構中村道治

計画では 4 つの重点分野が示され，その一つは「ナノテ理事長にナノテクノロジーへの期待を語って頂き，東京

クノロジー」でしたが，第 4 期計画でこの指定席はなく工業大学柏木孝夫教授にエネルギー問題を論じて頂く予なりました．第 4 期計画が技術開発から，地球規模の課定です．引き続いて，再生可能エネルギー，省エネルギー

題解決指向へと方向転換を行ったためであります．しかと環境，資源について 10 人の方に講演をお願いしていましながら，ナノテクノロジーは東日本大震災後の復興，す．ご多忙の中，講演をご快諾頂いたことに御礼申し上資源などの問題解決に欠かせない基盤技術と位置づけらげます．本シンポジウムが参加頂いた方々にとって，エれ，産学共同で取り組むべき重要な課題であることに変ネルギー，資源確保に向けて有用な方向を探る手がかり

わりありません．このシンポジウムのプログラムを見るとなり，新たな協力関係が生まれることを期待します．

と，研究開発がその方向に進んでいることに第 4 期計画策定に携わったものとして安堵しているところです．課
題解決には優秀な人材が欠かせません．文部科学省は，
ナノテクノロジーと人材育成に尽力するため，ナノテク
ノロジープラットフォームをスタートさせました．平成
24 年度補正予算案にも最先端研究設備の高度化を盛り込んでいます．このシンポジウムが新たな方向を話合い，よいパートナーを見つける場となることを期待します．

基調講演（Plenary Session）
開会の挨拶に引き続き基調講演に入った．

基調講演Ⅰ「持続的社会に向けてナノテクノロジーへの期待」（Expectation for Nanotechnology to Sustainable Society）
中村 道治 科学技術振興機構理事長

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省に割り当てられ，大学等の研究を支援する科学研究費補助金は，10 年間に亘り増加して 2400 億円になっています．ただし，研究開発費は闇雲に増やすのでなく，最大効率化が必要です．一方，研究開発費 16 兆円の内 12
兆円は民間が占めていますから，研究開発に民間の活力が欠かせません．民間の活力を強化するため，研究開発投資に対する減税が考えられているのは方向性として有難いと思います．
第 4 期科学技術基本計画は地球規模の課題解決という，社会ニーズを基にしたアプローチに変わりました．
Technology driven から Issue driven への転換であります．
ナノテクノロジーは課題解決の基盤技術と位置づけられ，
総合科学技術会議にワーキンググループが設置されています．国としての方向を Visionary に出来ないかの議論を行っており，総合科学技術会議はこれに応えられるよう，
吉川東大名誉教授をヘッドにして，昨年 12 月に科学技
術戦略の具体的提案を行いました．総合科学技術会議が東日本大震災後の復興や再生には科学技術のイノベー

府省連携の下，産学連携の道づくりを行うことが必要で，ションが欠かせません．地球規模の課題も科学技術ベー

総司令塔の中に産業部門がコミットすることが求められ

スの解決が求められますが，日本は 20 年に亘る停滞のたています．

め閉塞感があります．科学技術イノベーションの主役はこの機会に科学技術振興機構の状況と運営についてお社会との結びつきの強い企業ですが，企業がリスクの高話ししておきます．JST は，科学技術政策の下に，総合性，い研究を行うことは難しくなっています．そこで，大学

機動性等を発揮しつつ戦略的基礎研究を推進しています．

や独立行政法人の努力が必要になる．大学や独立行政法

その形態には CREST などがあり，iPS 細胞や肺がん治療

人などの数々の努力の中から，たとえば多能性幹細胞を法などが生まれています．基礎研究から事業化への技術作製できる iPS 細胞も生まれ，ノーベル賞受賞となった

移転型研究まで一気通貫に推進します．平成 24 年度にはわ け で す．iPS 細 胞 は 2003 年 3 月 か ら 2009 年 3 月 ま大学の研究と企業を結びつけるよう，起業支援のためにで科学技術振興機構（JST）の創造的研究推進事業 CREST

600 億円の融資制度を設けました．新技術・新製品ではの中で開発が行われたものです．JST は今後もサポートを価格で争うのでなく，違いを如何に作り込むかが大切に続けますが，安倍政権の下で今後 10 年間に 1200 億円がなります．日本には特徴ある技術が多数あるので，これ投じられ，基礎から，臨床，実用化まで開発過程全般ををトップサイエンスに繋ぎ，真似のできないものを作る

支援することになっています．学問の進展と共に，難病ことを目指します．

の治療法，創薬などのイノベーションも期待しています．

イノベーションは新しい価値のデザインになるから人材料でもイノベーションの芽が出始めています．このよ

文科学・社会科学の参画も必要になります．イノベーショ

うに日本発のイノベーションは始まっており，今後もそンには生態系の活動の理解も役立ちます．バーチャルネッ

れを期待したいと思います．

トワークインスティチュートといったものを作り，イノ

このところ，経済活動のグローバル化が叫ばれ，企業

ベーションを推進し，大規模データを活かすプラット

は国境を越えて活動しています．しかし，人は大きく動フォームを用意する．さらに，次世代に向けた取り組み

かせないから，雇用は国の中で確保しなければなりませが大切で，できる子を育てる仕掛けを用意する．その一ん．それには我が国でなければできないものづくりが必つとしてスーパーサイエンスハイスクールの指定・科学

要になります．これまでにも，カーボンナノファイバ，

教育支援を行い，科学甲子園でその成果を競わせる．な

電子顕微鏡，内視鏡など，サイエンスベースでの，長年どが考えられます．

の研鑽によって生まれた独自の技術や製品があります．

研究開発テーマはいずれ社会に受け入れられねばなり

一方，この 10 年間の研究開発費の投資額の動きを見ると，ません．そのためには未来社会の姿を追求する必要があ

新興国の中国は 5.6 倍，先進国のアメリカでも 1.6 倍にります．開発された技術の何を選ぶか決めるのは市民だ

なっていますが，日本は年間 16 兆円で横ばいになっていから，科学と社会とのコミュニケーションが大切になります．このためか，日本からの論文数は世界 3 位から 4

ます．国がビジョンを持ち，日の丸チームとして進める

位に後退しました．これを挽回するために，第 4 期科学

雰囲気が大切です．JST はファンディング機関としてイノ

技術基本計画では GDP の 1% を研究開発に投資すること

ベーションの触媒となりたいと考えています．

になっています．政府の研究開発予算の 1/3 は文部科学

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013

基礎研究は国力の源泉で，海図なき道を進む基礎研究

第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -3

を社会が評価すべきです．これまでにも基礎研究から iPSには自由度を持たせる．次に，開発拠点の整備とネット細胞の他にも，有機半導体，TMR（巨大磁気抵抗効果）

ワーク化があります．最後は，グローバリゼーションをなど多くの成果が生まれました．産業界には基礎研究の可能にする新しい研究開発システムの構築です．ミャン

成果を受け取る力があるから，基礎から応用までがうまマーなどを回ると日本の大学の卒業生が重要な地位にいく回るようにする仕組みが大切です．成果は論文にする

ます．世界の国々と交流を深め，日本が孤立しないようだけでなく，知財としても確保する必要があります．大にするためには，人材育成がその基本になり，連携の取学からの特許出願は企業とのパイプを太くします．1999

り組みの中で強化を図りたいと考えます．

年に大学の特許に対し，日本版バイドール法が施行され，さらに大学の法人化に伴い，大学が特許を管理するよう【質疑】になりました．しかし問題は大学に管理・活用のためのQ（司会者）：研究開発投資額を見ると，米中が増

人材が少ないことです．JST は周辺特許取得，海外への戦えているのに韓国は日本同様横ばいになっている．

略的出願などをサポートします．日本で生まれたよい知韓国と日本とで事情は違っているのでしょうか？

財は，日本の企業が使うことが望ましい．しかし，日本

A：韓国は李政権が研究開発を重視し，次期の朴政の企業にスピード感が欠けていると，海外企業が日本の権も新しい省庁を作ってダイナミックに動こうと大学の成果を先に利用してしまうことも起る．日本の企している．大統領主導で研究開発を進めようとい業には，従来以上，積極的に大学を活用することを期待う意気込みが見られます．

しています．
研究開発拠点とネットワーク整備がこれからの課題です．その継続性確保のため，COI（Center of Innovation）
構想がスタートしました．これらの事業では産学連携により Technology Push と社会のニーズを組み合わせて，ハブとなって日本の研究開発ネットワークを作って行く．

基調講演 II「エネルギーのスマート化と課題」（Smart Energy
Networks and Their Future）
柏木 孝夫（東京工業大学ソリューション研究機構教授）

たとえば元素戦略では，文部科学省と経済産業省が話合って一つの Government Board で研究開発を推進しようしています．もう一つの例はつくばイノベーションアリー
ナ ナノテクノロジー拠点：TIA nano です．中核機関は筑波大学，産業技術総合研究所，物質・材料研究機構の当初 3 機関に，高エネルギー加速器研究機構が加わり，4機関となりました．つくばに位置した機関が纏まり，オープンイノベーションハブとなって，アンダー・ワン・ルー
フでナノテクノロジー研究開発を推進しています．TIA
nano は日本の研究開発モデルとして成功させたいものです．
研究開発のトピックスとして，ナノテクノロジーはエ
ネルギー，エレクトロニクス，情報関係が多いが，今後
は医工連携を進めるべきだと思います．計測・分析は世界をリードしているが，医療・バイオ計測の進歩は期待ほどでない．文部科学省は医療・バイオ計測のプログラムを作ったので，ナノテクノロジーの研究者の参画を望みたい．島津製作所の顕微質量分析計，東北大の X 線による組織変化観察，シャープの 2 次元電気泳動自動計測などの今後が期待されます．

2011 年 3 月の東日本大震災とそれに続く原子力発電所

グローバル化に応え，2 国間，多国間の連携の仕組みも事故は，日本のエネルギーシステムに衝撃を与えました．

用意する必要があります．e- Asia Joint Program（東アジ

今日原子力をどこまで受け入れるかが最も重要な政治課

ア共同研究構想）には 17 〜 8 ヶ国の参加を予定していま題の一つとなり，エネルギーのベストミックスを改めてす．地域や地球を結んで科学技術振興に取り組んで行く．

考える必要が増しました．原子炉事故はあったが，原子既にタイ，ベトナムとナノテクノロジーと材料のパイロッ力に関するきちんとした技術開発を行い，原子力の意味

トプロジェクトを始めました．

付け，安全性確保を，我が国が中心になって，日仏米共研究開発で重要なことは，先ず，Visionary Approach

同で進めるべきではないだろうか．しかし，科学が先行をとることです．将来社会のイメージを共有し，進め方

すると工学まで下りて来ない．科学と工学が共鳴して規NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -4

準を作る必要があり，原子力規制委員会が発足してその要になるから，閑散期を含めた上位電源の平均稼働率は方向に動いていると思っています．

56% に落ちる．これは大きな問題となるだろう．日本は低炭素社会の実現にはエネルギーシステムのパラダイ

その先を行く必要があります．

ムシフトが必要になります．その第一歩はエネルギーとイノベーションは構造改革である．そこで新しい価値

電力の節約で，これはある程度まで早急に達成できるだを産み出す．ピーク時の省エネを図るということです．

ろう．それでも工業国ではエネルギーの大量供給が欠か

屋根に太陽電池，階下にエネファームを置けば，エネ

せないから，大容量エネルギー源が必要になる．大規模ファームによる貯湯は蓄エネルギーになる．家電品はデ集中型電源のフル・フラット運転を供給の中心とし，デジタル化され，ピーク時の電力価格を高く設定する動的

マンド側のスマート化を行い，エネルギーの高度利用を価格設定によりエネルギー源が選択されることになりま行った上で，自然エネルギー利用，コージェネレーショ

す．自販機でも蓄冷材，蓄熱材を入れておき，電力ピーンを取込むことが解の一つではないだろうか．デマンド

ク使用時は送風モードで運転するようにしたものがでてシステムの開発によるデジタル革命が求められる．白物，いています．エアコンに蓄冷材を入れ，ピーク時は送風

黒物とも家電はデジタル化が必要になります．黒物家電

モードにして，蓄冷材で冷やす．このようにピークの出のテレビは既にデジタル化しているから，これからは白ない家電品が新しい流れになると考えられます．家庭内物家電のデジタル化が求められ，デマンドレスポンス対の司令塔が HEMS によって家庭内機器を制御し，スマー

応エネルギーシステムというパラダイムシフトが起るとトメータで電力会社とやり取りし，電力を買ってもらえ考えてよいでしょう．

ない時間帯に太陽電池の発電電力で家庭内機器を動かし，新興国の産業力が強くなるのに対して，日本は超省エ

電力を買ってもらえる時は家庭内機器を動かさない．こネ社会の革命を起こす必要があります．ある時間帯に限っのようにして供給側の電力を需要側がコントロールするて省エネルギーを行うことにより，企業活動を制約しなことができます．消費者が上位の供給側をコントロール

いよう工夫し，供給側にはコージェネレーションなどのする仕組みにはエネルギー情報が必要になるから，イン分散型電源，シェールガスなどの天然ガスシフト，再生

ターネットの会社がこのシステムに参画するかも知れま

可能エネルギーの利用を取込む．当面は，化石燃料からせん．

非化石燃料への転換と，よりクリーンで進んだ利用技術

エネルギー革命は安全・安心に繋がる．スマートフォを加速して化石燃料を使い続けることが必要になります．

ンの子機を高齢者に渡しておくと，その電力使用状況かその先には燃料電池があり，固体酸化物セルが期待でき

ら，行動や健康状態の確認ができると考えられます．食ます．分散型電源では規模のメリットがなくなるので，のバリューチェーンにも繋がる．誰がイニシャチブをとっコージェネレーションが需要地にあれば，廃熱利用も可て進めるかが問題で，コンソーシアムを組んで旗を振っ能であろう．これらの電源をどう組み合せるかが鍵になて行くことになるでしょう．

ります．一方，デマンド側の最小単位はスマートハウス
で，スマートフォンの子機が制御の役をし，スマートテ【質疑】

レビに入った子機が HEMS（Home Energy Management

Q（司会者）：日本の電力に 50Hz と 60Hz のある

System）の司令塔になるであろう．各家庭にはスマート

ことはネットワーク構成上障害にならないでしょ

メータが入り，10 年間で 80% の家庭に普及すると考えうか？

られる．原子力の扱いが明確化されるまでの間にも電力，

A：日本は南北に長い国だから 2 つのシステムが農業，医療等のシステム改革は進められるし，電力シス

あってもよいのではないか．東と西とで別のシス

テムでは，規制を残した自由化から全面自由化への道をテムを構成する．電源については，釜山と北九州考えることになる．公益運用，自由化，発送電分離等，オーの距離は 200km に過ぎない．韓国の原子力を直流

ルジャパンで，地域独占から脱却し，効率化を図って行送電で利用するなどパイを大きくすることも考えく必要があります．

られよう．当面は 2 分したシステムごとのネット

デマンドサイドでのデジタル化革命が行われると，ICTワークでしょう．

によって細かな需給調整ができるようになると考えられQ（会場）：エネルギーネットワークがクラウドとます．スマートグリッドには，社会コストとして自然エ融合したら守秘の役割を誰が担うのでしょうか？

ネルギーを取込めるかが課題で，省エネルギーを行った

A：守秘義務は Security Check 機能として，新たな上で，7 割が大規模集中型電源，3 割がオンサイト電源に価値を創造し，重要なビジネスアイテムになるとなるであろう．政府は 2030 年に全電力の 15% までをコー

思います．

ジェネレーション装置で供給するよう計画しているから，残る 15% が太陽光，風力，中小水力になるだろう．上位の集中型電源だけでエネルギーシステムをフル・フラッ
トに動かそうとすると，ピークに合せた大きな電源が必

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -5

（2） 再 生 エ ネ ル ギ ー 応 用 Open Cage 型 ク ラ ス レ ー ト（Clathrate）シリコン

Session 1：再生可能エネルギー（Renewable Energy）の研究が紹介された．
クリーンで安価なエネルギーの探索では，劇的に太陽

基調講演に続き，Session 1 に入った．

電池の効率を向上させる低コストの方法に関心が集まっています．標準的な太陽電池の効率には理論的限界があ

1-1 再生可能エネルギー用新規ナノ材料とその応用（Novel Nanostructured Materials for Renewable
Energy Applications）
Prof. P. Craig Taylor（Renewable Energy Materials
Research Science and Engineering Center, Colorado
School of Mines, USA）

りますが，限界を与える原理の一つに，バンドギャップ
以上のエネルギーの光で励起されたキャリアは急速に過剰のエネルギーを熱として失う過程（thermalize，熱平衡化）があるというものです．ところが，水素化非晶質 Si（a-Si:H）中に 5 〜 20nm のナノ結晶 Si（nc-Si）が埋込まれたナノ構造膜の中では，a-Si 中で生成したキャリアは短
時間のうちに，近接した nc-Si に集められてしまう．EPR（常磁性共鳴）と PL（フォトルミネセンス）測定を行うと，非晶質相からの信号は，nc-Si の体積分率が 30% を越えると急激に減少し，nc-Si への電子移動が起っていることが分る．熱平衡化する前に，結晶相に電子・正孔を運び出すことによって太陽電池の開放電圧を劇的に増加させられると考えられます．
a-Si マトリックス中の nc-Si は，多くの企業が研究しているタンデム型太陽電池に代るものです．光によって励起された電子・正孔はフォノンを励起し，熱としてエネ
ルギーを失うか，a-Si に捕捉される．a-Si マトリックス
中のキャリア移動度は小さく，これを用いた太陽電池の効率は低いが，ナノスケールになると熱になる前に結晶質 Si に到達するのでキャリアは有効利用される．タンデ
ム構造ではバンドギャップの異なる層を重ねるが，a-Si と
nc-Si の組合せだと 2.5eV の光で a-Si が励起され，1.5eVの光で nc-Si が励起される．PL，電子スピン共鳴，テラヘ
ルツ分光による短時間の光伝導度変化から，1.5eV の励起

Taylor 教 授 は，Colorado School of Mines に 設 け ら れ
た Renewable Energy Materials Research Science andではキャリア生成が nc-Si 内で行われ，nc-Si 内でキャリアが移動していることが確かめられています．

Engineering Center（REMRSEC）に所属する．このセン

この結果は，広範囲のナノ構造非晶質 Si マトリックス

ターは米国科学財団（National Science Foundation, NSF）

を太陽電池効率の劇的向上に用いる可能性を確信させるの資金で設立され，再生可能エネルギーに絞ったセンター

ものです．非晶質材料は結晶質に比べ，広範囲な組成でとしては米国内唯一のものである．その役割は，（1）先成長させられるから，太陽電池効率向上に用いる吸収材

端基礎研究の遂行，（2）主要国立研究所や産業，国際的料の範囲を拡大します．また，ホットキャリアの捕集はなパートナーとの関係維持，（3）あらゆるレベルの研究

移動時にエネルギーと運動量の双方が保存される結晶質と教育の統合である．米国エネルギー省（Department of

半導体には困難だが，非晶質吸収体では結晶運動量が適Energy, DOE） の National Renewable Energy Laboratory

用されないから，ホットキャリア捕集が容易に行なわれ（NREL）などの主要国立研究所，産業界，海外とも協力ます．このことはバンドギャップより高いエネルギーのして研究開発を行っている．基礎研究によって新しい概光で励起され，過剰なエネルギーを持つキャリアの捕集念を創出し，次世代専門家を育成する学際的な組織であの可能性があり，この結果としての太陽電池の効率向上

る．コロラド州，ロッキー山脈を間近に望む景勝地に位を期待できるわけです．
次に，クラスレートシリコンはモンテカルロ法で水の置している．
REMRSEC の研究は漸進的なものより大きな変化をもた研究を行って来たところから生まれた異分野融合研究のらすものを指向し，多くの新規なナノ構造材料を手掛け産物です．ダイヤモンド構造の Si はよく知られているが，ているが，この講演では，

Si はいくつかの型のクラスレート（結晶格子によって作（1）高効率薄膜太陽電池用の非晶質シリコン（a-Si）マト

られた空間の中に小さな分子が取込まれ，共有結合によリックス中のナノ結晶シリコン（nc-Si）

らず安定に存在する物質）構造をとれる．これらの構造

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -6

は 20，24，28 個の Si 原子が開いたカゴ（cage）を作っている．II 型クラスレート構造は，20 か 28 原子のカゴで分子状の水素を蓄えられ，水素貯蔵に使うと，2.5 重量% までの水素を貯蔵できます．クラスレートシリコンは，
Na のような原子又は分子を囲んだ核生成（nucleation）
によって作られます．この材料は焼結で作られるから，凝集性フィルム（cohesive ﬁlm）を作ることが問題になるが，Na の入った材料はバンド幅 1.2eV の直接遷移半導体のため，光デバイスに応用できると考えられる．Ge をかごに入れると Si-Ge 合金の組成が自由に変えられる．ハロゲンを加えることもでき，Na と Cl を別のカゴに収めることができる．効果的な半導体のできる可能性があります．
この研究はミリグラムのレベルで始め，グラムのレベルになっている．Si 基板上に薄膜も作れるようになった．
新たな材料創出・展開の例であると考えています．
【質疑】Q（司会者）：非晶質シリコンと結晶質ナノシリコ
ンを組み合せて太陽電池の効率は高くなったのでするのが量子ドット太陽電池研究の狙いであると考えま

しょうか？

す．

A：12% の効率が得られている．ナノシリコンをもっ光起電力効果を利用する太陽電池は pn 接合ダイオードと小さくし，バンドギャップを大きくすると開放を逆バイアス状態で使います．超高効率太陽電池に関し

電圧を大きくできます．

ては，主に 2 つのタイプが研究されています．多接合太

Q（司会者）：太陽電池にするには，p，n ドーピン

陽電池（いわゆるタンデム電池）と量子ドット太陽電池

グが必要にならないでしょうか？

です．
量子ドット太陽電池は，（1）
多重励起子生成（Multiple

A：ドーピングは重要な課題です．層間に生じる

Exciton Generation, MEG）型，（2）ホットキャリア型，（3）

ドナを除く必要もある．ハロゲンを添加するなど，

中間バンド（Intermediate Band, IB）型に分類されるが，持っているアイディアをいろいろ試して行くこと

この講演では IB 型太陽電池（IBSC）に焦点を当てて，量になるでしょう．

子ドット太陽電池の展望を行います．
量子ドットの研究は榊・荒川の 1982 年の論文に始まる．その後，
SK グロース法の創出により研究が進みました．

1-2 量子ドット太陽電池技術の展望（Prospect ofQuantum Dot Solar Cells）
荒川 泰彦 東京大学生産技術研究所教授

太陽光が半導体に吸収された時，バンドギャップより大きいエネルギーの光によって励起された電子は過剰なエ
ネルギーを熱として失い，バンドギャップより低いエネ
ルギーの光は半導体を通り抜けて，損失となる．量子ドッ

近年，エネルギーと環境問題が重要になっています．

トによって中間準位を作れば，吸収されなかったフォト

特に，再生可能エネルギーとして，太陽エネルギーの利

ンも中間バンドを介して励起されるから効率向上が期待

用は大いに期待されており，日本では，NEDO（新エネル

されるわけです．

ギー・産業技術総合開発機構）が太陽電池技術のロード

1997 年に，Leque と Martil は，フルコンセントレー

マップ 2030+ を策定しました．このロードマップによるション（完全集光時），すなわち，46,000suns（1sun はと，2025 年には 7 円 /kWh のコスト実現が求められてい100mW/cm2 の光量で太陽電池評価の標準的光量）におます．

いて，従来の単接合セルの 41% に対し，IBSC の熱力学限

太陽電池実用化に向けての重要な要素に効率とコスト界として 63% の効率を予測しました．我々は，IB エネル

があります．効率向上が困難なため，コスト競争に陥っ

ギー準位を最適化した多重中間バンドを持つ量子ドットている現状を，効率向上により脱却したい．また，フレ

IBSC の効率を詳細均衡の限界（detailed balance limit）でキシブルになれば，家の屋根に載せるだけでなく，自動計算しました．結果は 4 つの IB を持った IBSC の熱力学

車にも貼付けられる．安いから使うのでなく，便利だか

限界は 74.6% となり，単一 IB の場合の 63% を超えるこら使おうとなるのではないでしょうか．効率が上がれば，とが分かりました．さらに IB の総数を増すと，IBSC の熱スマートフォンに使ってバッテリーレスにもできます．

力学限界は 80% に近づくと考えられました．多重準位中

このような観点から，技術によってコスト競争から脱却

間バンド太陽電池のより詳細な特性はドリフト拡散モデ

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -7

ルで解析され，太陽電池の効率は，あるバンドギャップ

イヤも検討しています．2 光子吸収は単一量子ドットを作を持った半導体の吸収スペクトルで太陽光スペクトルをり分光法で調べるなど，量子ドットを利用する様々な試

どれだけ埋め尽くせるかで決まります．したがって IBSC

みに挑戦しています．

では複数の，バンドギャップの異なる半導体を組み合せ

量子ドット太陽電池の狙いは，先ず効率向上です．して，太陽光のスペクトルを埋め尽くす割合を大きくできかし，レーザーのような光源と異なり，太陽電池用量子るので効率が向上すると結論できるわけです．

ドット技術は極めて未成熟な状態にあり，量子ドット太

量子ドット太陽電池の課題は励起したキャリアを電極

陽電池のためのナノテクノロジーでは量子ドットの様々まで引き出し，損失なく外部回路に取り出すことです．

な問題に挑戦する必要があります．ドットサイズの均一

そこでナノワイヤを利用する．ナノワイヤにすればフレ性，位置の制御，材料最適化などです．これらの問題に

キシブル基板にも適用できる．実験では，高密度自己集

挑戦するため，量子ドット太陽電池の研究は長期研究戦

合 InAs 量子ドット 5 層を含む高効率 InAs/GaAs 量子ドッ

略の下で，革新的な技術を目指さねばならないと考えてト太陽電池を作りました．多層にすると吸収は増加する

います．

が，狭いバンドギャップだと電流は大きくても電圧が取れないため効率は下がる．このため量子ドットのエネル【質疑】

ギー準位の制御が重要になる．量子ドットの高さ，形をQ（会場 A）：将来はプリンタブルで低コストにで変えて，フォトルミネセンスを測定するとピークがシフきるのでしょうか？

トするので，小さいドットだと電圧を保ちながら，電流

A：GaAs，GaN 系だと CVD 成長になるのでプリンを大きくできる．小さいドットのエネルギー準位は量子タブルになるか分らない．今回フレキシブル基板

井戸の上の方にあって電子が励起されるが，大きいドッの例を示したのは量子ドット太陽電池の基板を替

トでは量子井戸の下の方に準位があって，励起された電

えられることを示すためであります．

子がトラップされてしまう．バンドギャップの設計，デQ：（会場 B）中間バンドを利用すると，中間バンバイス設計が重要になります．このような考慮をし，最ドにおけるキャリアの寿命が問題になるのではな

適厚さの二重層反射防止膜も開発した結果，量子ドット

いか．また，量子ドット太陽電池の特性評価は，太陽電池において 1sun で 18.7%，2sun では 19.4% の効

太陽光によるものか，レーザー光を用いたものな率を達成できました．

のでしょうか？

次に，薄膜 InAs/GaAs 量子ドット太陽電池を Si 基板上

A：中間バンドを用いた 2 段励起では吸収と再結合に作り，ボンド - トランスファープロセスでプラスチッの競合になる．特性評価はレーザー光によって行っ

クフィルムに量子ドット太陽電池を転置（transfer）するている．再結合寿命を長くする工夫もあるので．

ことを試みました．プラスチック，及び Si 基板上の薄膜

強いレーザー光を使わずに，弱い太陽光でも評価

太陽電池の開放電圧は GaAs 基板上に成長させたバルクセ

できます．

ルと等しく，ボンド - トランスファープロセスでの材料劣化のないことが分りました．量子ドットは小さくなると歪みが入るのでナノワイヤにして横方向の歪みをなくす．
結晶成長の工夫で 10 層の量子ドットを持つナノワイヤを

ここで午前の講演を終わり，昼食休憩に入った．休憩
時間中にはパネル展示に多くの人が訪れていた．

作ると，フォトルミネセンススペクトルの広がりがなく，歪みが緩和されていることが確かめられました．GaAs ナ

昼食休憩後に，Session 1 の後半が開始された．

ノワイヤ中に量子ドットが並んだ構造です．GaN ナノワ

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -8

1-3 電 気 化 学 的 エ ネ ル ギ ー 変 換 に お け る 材 料 研
究 の 進 展 − ナ ノ ス ケ ー ル イ オ ン 輸 送（Materials
Advances for Electrochemical Energy Conversion :Ion Transport at the Nanoscales）
Prof. John Kilner（Department of Materials,
Imperial College London, UK

州では 1kW SOFC ユニットを天然ガスのパイプラインに接続して，45% の効率を達成しています．
SOFC の課題は酸素伝導体です．通常 700℃以上の高温で動作するから，劣化を起こし易い．酸素伝導体にジルコ
ニアやイットリウム・ジルコニアを用いるが，電気抵抗が重要なパラメータになります．厚さは 100 μ m でセラミッ
クセルに保持されるが，薄くする限界は 50 μ m 程度です．最終的にはステンレスで保持するから動作温度も低
くしたいが，イットリウム・ジルコニアだと 700℃が限界，ガドリニアだと 500℃まで下がるがそれ以上は難し
いと考えられる．50 μ m の電解質を使い，多孔性アノードを用いると，700 〜 800℃の中温度域で動作させられる．
金属や酸素イオンは 1.5Åの大きさがあり，高温でないと
固体中を動けない．電解質を探すと，ビスマスなど導電率の高いものもあるが，実用に必要な 10-2S/cm の領域に適当な材料がなく，新材料への期待は非常に大きい．
そこで，この 10 年間，ナノスケール効果の研究に高い関心が寄せられ，ナノ材料やナノ構造の利用によるイオ
ン伝導度増加の可能性が求められています．2000 年に，
Max Planck 研究所の Sata たちは MBE で作られた BaF2/
CaF2 薄膜へテロ構造をレーザアブレーションで薄くすると F- イオン伝導度が増加すると発表した．この増加の原
因はヘテロ構造の層が薄くなるにつれ，2 つの物質の間の界面に生じる空間電荷層が重なり合うためと説明された．

Kilner 教 授 は， 九 州 大 学 に 新 し く 設 け ら れ た カ ー ボ

この発表に続き，多くの研究グループが薄膜酸化物へテンニュートラル・エネルギー国際研究所（International

ロ構造の研究を始め，酸素イオン伝導体でも同じ効果がInstitute for Carbon-Neutral Energy Research）にも籍を見られないか調べた．Janek らはイットリウムドープ・ジ

置き，国際協力研究（Collaborative Research）を行ってルコニアエピタキシャル薄膜で，酸素イオン伝導度の増いる．

加を見出している．Schichtel はこの結果を解析し，観察世界の炭素放出を低減するため，クリーンで持続可能された伝導度の変化が空間電荷によるものではなく，エなエネルギー変換の重要性が増しています．炭素放出をピタキシャル成長に伴う格子歪みによるものと結論した．

低減し，炭素ベースから水素ベース経済への重要な橋渡

引張り歪み（tensile strain）が薄膜中のイオン伝導度を高しをするのがイオン伝導を基にした高温電気化学デバイ

め，圧縮歪み（compressive strain）はイオン伝導度を抑スである．その一つに固体酸化物燃料電池（SOFC）があ

制するという．観察された変化の起源についての論争はります．SOFC は酸素と水素の 2 つの反応室を持ち，700

まだ残っています．

〜 1,000℃で動作，反応室を隔てる膜は酸素の伝導体でこれに対し，
特に注目すべき最近の結果は SrTiO3（STO）

ある．SOFC は酸素が水素と結合する電気化学反応で発電/ イットリア安定化ジルコニア（YSZ）多層構造に関する

するが，逆反応の分解の過程は固体酸化物電解セル（Solid

ものです．米国の Oakridge National Lab. は YSZ を使い，

Oxide Electrolytic Cell, SOEC）になる．SOEC では酸素が50nm にすると導電率の上がることを見出した．スペイン

逆に動いて，水分子を酸素と水素に分解するものである．

で基礎科学，Oakridge で材料を分担し，数原子厚の 1nm

SOFC では，カソードで還元，アノードで酸化・燃焼がにすると，8 桁くらい導電率が上がる．YSZ の交流インピー起こります．SOFC はセラミックスだけで構成され，効ダンスを測定すると，薄膜の導電率はバルクの導電率に率が高く，稼働部がないため静かで，信頼性も高い．数比べ大きく下がっている．基板を変えると，イオン伝導mW から 10MW までの発電が可能で，局所的なガス排出体にかかる力が変り，圧縮と引張りで導電率は異なる．

はない．MW 級の SOFC はガスタービンと組み合せ，kW

引っ張ると格子間が広がり，酸素イオンが動き易くなる．

のものは住宅や病院に電力を供給することが可能です．

しかし，一連の実験がすべて同じ結果をもたらしてはい

その商用化に向け，Kilner 教授は英国ロンドンの Imperial

ない．Imperial College でデータを纏めているが，導電率

College からのスピンアウト企業 Ceres Power Ltd. の設立

が 8 桁上がるものがある一方，動作温度を 100℃下げらに参加した．SOFC パワーユニットとして，トラックやノーれるものもあるようです．

トパソコンに搭載する小さいものも手掛けています．九

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013

ここ 5 年間の多くの努力にも関わらず，酸素イオン伝

第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -9

導体のナノ効果への理解は十分でないと考えられます．

位に対応するよう，有機電解液が用いられるようになっ

基板終端効果，成長法，エピタキシャル膜組成の不整合，た．

そして恐らく汚染（contamination）の影響を除くなど，

近年，エレクトロニクスが，リチウム電池を再生可能

さらに多くの研究が必要であろう．界面転位や，置換イ

エネルギーシステムの重要な要素にしようとしています．

オンの界面析出効果の考慮も，現在得られている実験結

自動車用での利用が増加し，さらにスマートグリッドで果の包括的説明には必要となる．これらの材料が信頼出

風力発電などの電力変動を平準化するのに用いられたり来る形でデバイスに組込まれる前に，これらのナノ効果

して，2 〜 3 年のうちに 1 兆円産業に成長するであろう．

を基本的に理解しておかねばならない．学際的な多分野

課題は，電源の巨大化，セルの大型化，安全性，液体燃研究が必要な分野です．

料との価格競争などである．NEDO の次世代自動車用蓄電池技術開発ロードマップには，2030 年までに，5 倍の【質疑】

エネルギー密度，1/20 のコスト目標が示されているが，Q（司会者）：燃料電池では白金フリーが求められる．

コスト達成は問題が大きいと考えられます．今日市場にSOFC では温度が重要でしょうか？

出ている金属酸化物カソードは，Co，Ni，Mn のようなレ

A：耐久性向上が第一である．SOFC は初期性能がアメタルを必要とし，その製造に要するエネルギーは大上がっても，起動・停止回数何万回か後にどんなきい．鉄と白金の値段は 5 桁違い，Li，Co の値段はその性能を示すかが重要である．動作温度を下げない

中間にある．資源量は鉄と白金で 7 桁違い，Li，Co は Feと寿命は伸びない．500℃の動作温度の可能性はの数十分の一です．

見つかったが，300℃は難しい．現在は 1000 時間

そこでレアメタルフリーを狙い，有機化合物のみで構で性能が 0.1% 低下するのをもっと少なくしたいと成することが考えられます．有機化合物は，金属元素を思っています．

含まなくても，高いエネルギー密度を持ち，環境負荷が小さく，機能性に富むことが期待されています．有機物
結晶の電極応用は 40 年前から行われ，金属錯体によって1-4 レアメタルフリー有機電極材料を用いた高エネ ル ギ ー 密 度 型 の 次 世 代 二 次 電 池（High Energy
Density Secondary Battery Employing Organic
Electrode Materials）
本間 格 東北大学多元物質科学研究所教授

有機超伝導体も発見されています．電池材料の候補となる化合物の例は有機キノン（organic quinone）分子で，1 分子に 1 電子が蓄えられるモノアニオン状態に加え，1分子に 2 電子を蓄えられるダイアニオン状態があるため，大きな酸化還元容量（Large Redox Capacity）を持つ．正極材料として用いた時，2 つの電子の出し入れができるので電流密度は 1 分子当り 1 電子の LiFePO4 などの無機系に匹敵する．理論的には，LiFePO4 のような無機カソード
より大きな比容量を持っているが，低い充放電サイクル
特性（cycleability）のため積極的に研究されてこなかった．
放電時に，モノアニオンラジカル（1-）やダイアニオン（2-）
状態の溶解度の高い物質を生成し，電解質中に溶け出してしまうためです．
FIRST プログラム（高性能蓄電デバイス創成に向けた革新的基盤研究）では，有機結晶全固体リチウム電池の開発を目標とし，溶解過程を抑制することにより，よりよい充放電サイクル特性を持った高エネルギー密度全固体 Li 電池セルを作ることに成功しています．有機結晶性
カソードの界面に準固体電解質を適用してアニオン化合物の溶解を避ける．セルは完全密閉有機カソード，PEO（Polyethylene oxide）層，準固体電解質，コントロールされた電解質 - アノード界面から成り，シリカナノ粒子と室温イオン液体（room temperature ionic liquid, RTIL）か

携帯電話やノートパソコンに使われているリチウム電ら成る準固体電解質は，有機カソード界面を安定化して池はソニーが 1991 年に初めて発売した．それ以前に使溶解を防ぐ必要があります．有機カソードにテトラシア

われていた Ni-H 電池の 2 倍の容量を持つため，携帯機器

ノキノジメタン（tetracyano quinodimethane, TCNQ）のに広く用いられるようになった．炭素電極，電解液，層

分子結晶を用いると 262mAh/g に相当する 2 電子酸化還状化合物 LiCoO2 電極で構成され，4V のコバルト電極電

元容量を持ち，容量に対する第 1 酸化還元ポテンシャル

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -10

平坦部は Li/Li+ に対し，3.2V，第 2 平坦部は 2.8V を達成

A：Li-TCNQ というイオンラジカル結晶になっていすることができる．この種の化合物の多くは，230mAh/g

るため，不安定性は軽減されています．

を越える 2 電子酸化還元容量を持ち，2,3,5,6-tetrahydroxy
benzoquinone（THBQ）,2,6-dichloro-5,6- dicyanobenzoquinone（DHBQ）
は元々 LiFePO4 より高いエネルギー密度を持っている．このようにキノンファミリーの有機カソードによって，セルのエネルギー密度を高めることに成功すれば，レアメタルを大幅に減らすことができると考えられます．

1-5 ナ ノ ワ イ ヤ ー・ フ レ キ シ ブ ル 熱 電 素 子（Nanowires and Nanowire Heterostructures for
Thermoelectric Energy Harvesting）
Prof. Yue Wu（School of Chemical Engineering,Purdue University, USA）

以上に基づいて，電流集電極，300 μ m 厚の有機カソー
ド，PEO 膜，シリカ複合固体電極で電池を構成し，厚さ
約 100 μ m，直径 10mm のコイン型バルク有機全固体
Li 電 池 を 作 り ま し た（TCQN/ PEO/（Li-TFSA）/（SiO2/
ionic liquid）/ SEI/ Li Metal）．固体カソードは TCNQ，炭
素電流集電極，RTIL から成リ，TCNQ ペーストの中には
約 50 μ m の TCNQ 結晶が見られる．3 層の電解質は，
PEO 膜，シリカ -RTIL 複合準固体電解質，人工 SEI（Solid
Electrolyte Interface，固体電解質界面）から成り，カソー
ドを金属 Li アノードから隔離しています．TCNQ カソー
ドの充放電サイクル特性を求めると，220mA/g-TCNQ̲ の初期容量が，室温，0.2C の条件において，170 回以上の充放電サイクルの後に 170mA/g-TCNQ̲ までの低下にとどまりました．電解質中への分子溶解を抑えることにより有機物が二次電池電極に使えることを示しており，低い充放電サイクル特性のため見捨てられていた多数の分子化合物を再検討することの有用性を確かめるものとなりました．
航空機 B787 は Li 電池のトラブルで飛行停止になりま

ナノワイヤー・フレキシブル熱電素子の研究は 3 年前した．エネルギー燃費効率を上げるため，大容量電池をから行っているものです．熱電素子は p 領域と n 領域を搭載した結果起った事故です．安全性の高い電池が一層縦に接合させ，柱状にしてデバイスを組立てます．熱に求められるようになってきています．そこで有機物より

よって電子が生成して移動するので回路に電流が流れる．

水系の電解質，Li イオンに代りプロトンを使用すべく，H，

熱電効果としては熱を電気に変換する Seebeck 効果と電C，O，S の 4 元素で構成する電池を求めて基礎研究を行っ流によって冷却する Peltier 効果とがあり，それぞれ発電ています．Proton/H2SO4 の構成で，プロトン型スーパーと冷却に使われます．

キャパシタを作りました．水系のため起電力は 1V になる2010 年 8 月に行われた Lawrence Livermore 国立研究が，TCNQ を使い大量の水素貯蔵のできることが分かり

所のサーベイによると，2009 年に米国で生成された全エました．プロトンをマルチで貯蔵し，大容量電極材がでネルギーの 57.8% は使われずに環境に放出されたというきれば大容量化も可能です．今後は分子設計，結晶工学ことです．主な排出源は発電所，輸送機器，製造業です．

アプローチにより，多分子反応によって，より高い電圧

この無駄になった熱の多くは 40 〜 200℃の低品位のものになるものを探して行こうと考えています．

のため，高い効率で経済的に再利用することは難しいと考えられ，従って，様々な冷却過程を通って環境に投棄【質疑】され，その主な先は水生生態系（aquatic ecosystems）でQ（会場 A）：シリカナノ粒子をイオン液体に混ぜあります．環境への廃熱の放出は周囲の水生生態系に悪たものを使うのは何故ですか？

い影響を与え，このシステムの非効率性は全体のエネル

A：有機結晶は界面安定性が問題で溶けてしまうこ

ギーコストを押し上げています．

とがあるので界面の固体化を図ります．シリカを

過去 10 年における熱電材料の急速な進歩は Seebeck 効

混入することで粘度が 1000 倍になり，溶解する果により，廃熱を電気に戻す可能性に希望を与えました．

ことなく電子の出し入れができるようになるため

熱電材料の性能は無次元量の性能指数，すなわち，ZT（ZTです．

＝σ S2T/ κ，ここでσ：電気伝導度，S：Seebeck 係数，κ：Q（会場 B）：TCNQ は安定ですか？

熱伝導率，T：高温側と低温側の平均温度）で評価されまNanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -11

すが，金属のσとκの間には相関があって，同時に増加・いので，フレキシブル熱電素子を考えました．ファイバ減少するから，大きな ZT を得ることは難しいと考えられ素材を探し，ガラスファイバの上に，PbTe ナノ粒子をコーティングします．コーティングの厚さは 300nm で，ます．
一方，ナノワイヤやナノ結晶などナノ構造にすると，PbTe 使用量は少ない．ZT は 0.8 になりました．このファナノスケール表面と界面におけるフォノン散乱で熱伝導

イバは気体の流れを電気に変換できます．気流の速度，率が劇的に下がる．例えば，Te ナノワイヤの両端や，両圧力が変ると温度が変わって電位差を生じ，窒素，空気側に PbTe や Bi2Te3 の超格子ヘテロ接合を設けて，熱電など気体の種類によって信号の大きさが変わります．こナノワイヤへテロ構造を作ると同じ化学組成のバルク結のファイバを置いたところの近くを人が通ると，信号が晶と同等か，より優れた性能を示します．しかし，超格発生し，モーションセンサになり，歩く速さによって信子作製に MBE 法を用いるなど製造コストが高く，バッチ

号が変わります．フレキシブルで，目に見えない太さのごとの特性が異なるなど再現性ある合成法に欠点を抱えため，赤外検知器のようになり，その存在を知られることがない．モーションセンサとしての応用を米国国防省ていました．
熱電材料の開発では，量産可能・経済性，既存製造基（DOD）に提案しているところです．

盤との両立，高性能といった条件を満たす必要があります．このため，エチレングリコール溶媒中，1 気圧，低【質疑】

温で，ナノ材料を工業規模（少なくともキログラムレベ

Q（司会者）：超格子を何故，どのように使うのでルを比較的短時間に）で作製する溶液相成長法を創出し，すか？

93% の収率でナノワイヤを作りました．Bi2Te3 のナノワ

A：超格子によってバンドオフセットを作れる．サ

イヤはテンプレートの形を維持して± 2nm の精度で作らイズの違うプレートを付ければエネルギーフィル

れ，特性は結晶に比べ改善されています．このナノワイ

タリングができる．S 大，κ小にできるかも知れな

ヤはプラットフォームになり，内部に超格子を作ったり，

い．PbTe/Bi2Te3 インタフェースでフォノンの散乱

Bi2Te3 ナノワイヤの先端に PbTe のプレートを載せてヘテが起って熱伝導率が下がり，ZT が大きくなると考ロ接合を作ることができます．組成，径，長さがコントロー

えています．

ルでき，2 つの相の存在によって熱伝導率の振舞が変わる
から，界面の最適化を行うことができます．
熱電モジュールをフラットな面に貼付けると剥離し易NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013

Session 1 が終わり，休憩に入った．

第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -12

の発熱に耐える耐熱性があって，多彩な発色が可能なことです．一方，サイアロン（SiAlON）は，元々蛍光体でSession 2：省エネ ･ 環境
（Energy Saving & Environment）

なく，エンジンなどに使う耐熱構造材セラミックスとして知られていました．SiN4 三次元四面体の骨組みをベースとした金属固溶体です．サイアロン蛍光体は出発材料

午後の休憩後，Session 2 が始まった．

を 1500 〜 2000℃の高温，0.5 〜 1.0MPa の窒素雰囲気

2-1 サイアロン蛍光体による高効率長寿命発光ダイ
オード（Hihgly Eﬃcient and Reliable Light-Emitting
Diodes（LEDs）by Using SiAlON Phosphors）
広崎 尚登 物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 サイアロンユニット ユニット長で焼いて作ります．例えば，SiNx，AlN，Eu2O3 などを 10気圧のガス中で焼成します．強い結晶場分離と電子雲膨張効果により，励起と発光スペクトルは長波長にシフトし，量子効率は高く，温度上昇による発光強度低下は小さい．様々なサイアロン材料があるので，様々な発光色を得ることができます．赤から青までの多数のサイアロ
ン蛍光体を NIMS で開発しています．Ca 添加サイアロン
Eu+2 は黄色蛍光体で，波長 450nm の青色光で励起され586nm の黄色の発光をします．Sm を用いると赤，Dy で白になる．その中で，β - サイアロン：Eu（緑），α - サ
イアロン：Eu（黄），CaAlSiN3：Eu（赤）を組み合せて，演色性の優れた白色 LED が作られています．
サイアロン使用白色 LED ランプは 2800 〜 6500K の範囲で色温度を調整できます．以前の LED ランプの色温
度は 6500K に限られ，スペクトルには 2 つのピークしかなかったが，サイアロン使用白色 LED ランプは，例えば
色温度 3500K の暖かい白色を示し，その発光スペクトルには幅広い 3 色のピークが見られます．RA=100 を満点とする演色性評価で RA ＞ 95 の高演色性が得られています．ディスプレイ応用では，バックライトに赤，青，緑の 3 色が求められ，従来の YAG 蛍光体を用いた場合は青と黄色だけだったため，色相の NTSC 評価が 70% だったのに対し，サイアロン蛍光体は R，G，B の 3 色を再現し，照明には，電球，蛍光灯が多く用いられて来たが，電NTSC 評価 90% になりました．色再現性が良好なため，バッ球の生産は終わり，蛍光灯も水銀を使うために使用上のクライトを冷陰極蛍光放電管（CCFL）から LED に替える

制約が加わるようになりました．これに変るものとしてことが可能になりました．液晶バックライトは携帯機器，

白色 LED が浮上しています．一方，かつてのディスプレ

ゲーム機から，テレビへと適用が進む．今後は自動車のイの主役はブラウン管で，カラーテレビに用いられてき表示などへの展開を期待しています．

ましたが，テレビは液晶に変り，そのバックライトは冷
陰極蛍光放電管（CCFL）から，LED に変りつつあります．

【質疑】

白色 LED ランプは青色 LED をイットリウムアルミガー

Q（司会者）：エネルギー消費は，自動車が 62%，

ネット（Yittrium Aluminum Garnet, YAG）黄色蛍光体の

照明は 20% を占めるという．LED による照明の省

混ざった樹脂で覆ったものです．明るさは LED の青の発エネルギーに期待したいが，材料涸渇問題はない

光が担い，蛍光体が色を担う．外から見える色を担うにでしょうか？

もかかわらず，蛍光体がランプの名に含まれることはな

A：Eu はレアアースだが，含有させる量は 0.1% と

く，蛍光体が表に出ることは少ない．10 年前に青色 LED

少ない．できるだけ少なくするよう心がけていまが世に出て，白色 LED ランプができたが，LED の青とそ

す．

の補色である黄色の蛍光体を組み合せたもので，スペクQ（会場 A）：RA ＞ 95 だが，20lm/W のデータがトルには赤と緑が欠けていました．太陽光とは異なるた

出ていたので明るさが心配になるが，どうでしょ

め，照明やディスプレイには使えなかった．その後，様々

うか？

な蛍光体が作られ，色の調整ができるようになっていま

A：スペクトルを示した図の数値がそうなっていた

す．

が，100lm/W の明るさが出ています．

LED ランプに使う蛍光体の条件は，蛍光灯における紫外線と異なって青の光で励起され，耐久性と共に，LED

NanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013

Q（会場 B）：劣化はしないのでしょうか？
A：以前の蛍光体は劣化したが，サイアロン蛍光体

第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -13

は長期に安定しています．

大なエネルギーを使ってきました．囲われた人間世界のQ（会場 C）：発光スペクトルの半値幅を狭めるこ

壁の中だけで最適化がされて来たため，そこで生じた問とはできるのですか？

題を解決するには先ず人口増加の抑制など壁の中を片付

A： ス ペ ク ト ル 線 幅 に は 緑 色 蛍 光 ス ペ ク ト ル のけなければならないことになった．そして，さらに壁の50nm が効いている．スペクトル幅は Eu のおかれ外にいる生物に学んでネオ産業革命を行おうというのがた環境で決まるので，狭めることができます．

バイオミメティクスです．
どこにでも住める生物にヤモリがあります．垂直な壁も登れる．この登攀機能を調べたら，垂直な壁を登れる

2-2 LED 照明による害虫の本能誘発とナノ構造模倣体による捕獲（Insect Pests Control Using Innate
Behavior and Nanostructure）
針山 孝彦（浜松医科大学医学部教授）

手袋ができるかも知れない．数多くの動物を調べたら，特徴的な行動や手段を見付けることができるかも知れな
い．虫は，世界規模の経済現象の中で，生命を伴うものの一つである．しばしば収穫する作物をすべて食べ尽くし，貯蔵している食糧を失わせる．この問題は開発途上国の基本的な貧困をもたらし，すべての国家の経済を低下させる大きな問題です．食糧の問題に加え，害虫は多くの健康障害（hazard）を引き起こします．従って，害虫と益虫とを制御する道具を開発し，広めることにより，食品安全を確保し，人間の健康状態を改善することは極めて重要です．農薬は害虫のコントロールに有用な道具だが．環境や健康上のリスクを伴い，時には薬物耐性をもたらす．その虫自体が生来持っている振舞で，害虫をコントロールできれば，害虫による障害（damage）を減らす持続可能な方法又は装置を手にすることになります．
虫の視覚行動は長い間研究され，5 つの様式に分類されています：（1）強度識別，（2）運動検知，（3）色感覚，（4）偏光検知，（5）パターン認識．最も基本的な視覚行
動は光軸（photoaxis）であって，光の出る方向に動きます．
虫は光源の強度識別を行い，太陽や月のような天空からの合図（cue）を航行標識（navigational beacon）に使っ本講演で採り上げるのはバイオミメティックスて行動すると説明されて来ました．ケニアには眠り病を（Biomimetics，生物模倣）の分野の研究です．持続可能

媒介する虫がいますが，視覚生理学の立場からこの虫をな食品安全性を高め，人間や家畜の健康を低いエネルギー

減らすことが考えられます．

消費で向上させるために，害虫の生得の振舞，本能を調べ，虫が光に向かう時の運動は直進だけではないことも生物表面ナノ構造模倣体によって害虫を制御する道具に分って来ました．我々の最近の研究では，虫は光に近づついて述べます．

くまで光に向かって真直ぐ飛ぶ．そこで方向を変えるか地球ができて 46 億年になるが，5 億 5000 万年前の多かれ少なかれ一定の距離を置いて光の周囲をぐるぐる

カンブリア爆発で生物が発生しました．酸素が放出され，回る．そこで，虫はランプと暗い背景の間に存在する視バクテリアが生まれ，様々な生物に進化して来ました．

覚の縁（edge）に引き寄せられるという仮説を立てました．

バイキンマン（バクテリア）から生まれた生物の中で，飛んでいる虫の前に，平らな光の板を置くと，虫は明ら

120 万種が生き残っていると言われます．カンブリア爆

かにエッジに向かって飛ぶ．従って，LED か光沢紙を使っ

発で節足動物が海中に増え，食うか食われるか，相手にて，縁検出理論に従い，視覚誘導トラップ（罠）を作っ認められるかの時代が続いて，淘汰された結果でありまたところ，捕獲効率の増加には成功したが，捕獲された

す．その結果，種独自の情報世界ができた．反射，走性，虫はトラップ表面に止まるだけで，逃げ去ってしまった．

学習，知能，本能などで，行動には生得的行動と習得的

そこで，布張りの衝立の上に三角に糸を張り，その上行動があります．400 万年前に人間が誕生するが，現代に袋を置く．暗黒空間と青の衝立の間にある縁に向かっ人に繋がるホモサピエンスの誕生は 20 万年前になりまて，虫が飛んで来て衝立に止ると，上に登る習性を持つ

す．1 万年前に農業が始まり，
時間の余裕ができた．文化，ため，糸を伝って衝立の上の袋に入る．袋の中は蒸し風文明が発達し，産業革命に至っています．この間に，動呂状態になっているので虫は死んでしまう．この方法で物の家畜化が起き，農業が進んで沙漠が増えた．人間が有害な虫を激減させることができました．虫が色と形を潤った生活をしようと化石燃料を使い，産業革命後，巨見て行動する習性を利用したもので，効率よく虫を集め

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る道具になったわけです．
昆虫の複眼は多数のレンズ系に当る子眼から成ります．
一つの子眼でもなくなると目が見えなくなる．虫の羽根の色は多層構造色で，屈折率の異なる多数の層による多層膜干渉によって色がついている．高い反射率を持っているのでその干渉の意味するところを探りました．玉虫の鞘羽根に飛んで来るか調べたが失敗しました．フィル
ムの成分を鞘羽根に合せたところ虫が集まって来ました．
エッジには 3 倍多く集まり，虫の集まる面が用意できた．
次に虫が滑らかな表面に止まるメカニズムを調べました．
走査，及び透過電子顕微鏡観察の結果，虫は 2 種類の摩擦，及び付着法を持ち，ミクロンオーダーの構造により，ファンデルワールス力を利用している．そこでミクロンオー
ダーの構造がナノメータになったら，摩擦力は減退するという仮説を立てました．ナノ構造を持ったモスアイ（蛾の目）フィルムは，16 目（biological order），33 種の虫に対して滑り易い面となる．そこで，モスアイフィルム
を虫の集まる面の表面に取り付けると，虫はその面からℓ /ha の生産量にもなる．次世代エネルギー資源にしよ

滑り落ちる．その下に水を置くと，水中に落ちる害虫のうと全世界でプロジェクトが組まれています．多くの研数は増加し，仮説を確かめることができました．

究はトリアシルグリセロール（triacylglycerol, TAG）を

このような本能的振舞と，ナノテクノロジーの組合せ

蓄積する独立栄養（autotrophic）微細藻類（microalgae）

は，殺虫剤を用いない方法として，害虫の損害を低減し，に集中しています．TAG は脂肪酸メチルエステル（FAMES）

一度設置すれば連続して虫をコントロールできるので環に転換し，輸送機器用バイオディーゼル燃料（biodiesel

境持続性に貢献するものと考えられます．さらに，生物

fuel, BDF）になります．しかしながら，FAMES は，石油の中にある様々な仕組みを産業に応用できないかと考え

ディーゼル燃料に比べ，酸化され易く，NOx 排出が多く，ています．

低温で凝固します．そこで，水素化し，ハイドロカーボ
ンにして利用するが，直鎖 C16 のため水素添加しても異【質疑】 特になし．

性化しないと低温凝固します．

講演者コメント：害虫駆除のため農薬を撒くと害これに対し，C25 以上のトリコソール系のオイルを出になるが，ある程度の間隔で田の中に LED を置くす藻類があります．NOx を発生せず，液状で安定していと虫が落ちて駆除できるという話もある．生き物ます．ボトリオコッカス（Botryococcus braunii）というたちにとって情報とは何か，生き物たちの環世界

群生（colonial）微細藻類で，大量の液体炭化水素を生産し，を探り，その行動と情報戦略の関係を探ろうと，「生細胞から炭化水素の大半を排泄して，群生細胞外マトリッ

き物たちの情報戦略」という本を化学同人社からクスに蓄えられます．顕微鏡下に置き，指で捺すだけで出版した．

油が出る．新しく分離された系列 BOT-022 はトリテルペ
ン炭化水素（triterpenic hydrocarbon, C34H58）を 90% 以上の純度で蓄積します．この系列は，混合栄養で，光と化学資源の双方を成長のエネルギーに使うから，炭化水

Session3：資源（Natural Resources）

素生産システムの潜在能力が高まります．さらに，有機物を与えると増殖するため，有機廃棄物の利用が考えら引き続き，Session 3 が開始された．

れます．一つは豆腐を作る時の廃水で無機塩類培地に 1〜 2% 加えると増殖が加速されるので，大量培養適用が考3-1 オイル産生藻類によるグリーンイノベーションの 可 能 性 に つ い て（Green Innovation Potential of
Oleaginous Algae）
渡邉 信（筑波大学生命環境科学研究科教授）

えられています．
また，従属栄養性（heterotrophic）藻類のオランチオ
クリトリウム（Aurantiochrytrium sp.）という光合成しない藻類が新らたに，日本の海岸で見つかりました．サ
メの肝油に存在するステロイドの中間体であるスクエア

燃料となる藻類オイルに注目している．生産効率は陸レン（squalene）を高い比率で蓄積し，分離します．ス

上植物の約 10 倍です．トウモロコシは 170ℓ /ha，パー

クエアレンは動物，植物のステロイドの前駆体で，抗酸

ム油でも 5,950ℓ /ha だが，藻類だと 58,000 〜 139,000

化剤，保湿剤として現在，化粧品業界で使われています．

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優れた皮膚柔軟化力，治療効果を持つので，薬剤用途に大きな可能性を持ちます．スクエアレンの市場における入手先はこれまで，深海のサメの肝臓にほぼ限られていました．サメの継続的供給は，海洋生物保護と保存の国際的関心のため，将来は困難になるので，スクエアレンの代替入手先を植物や微生物に求める研究が推進されています．標準の培養条件で，この新しい系統の藻類は急速に成長し，接種後 4 時間で 2 倍になり，3 日目に初期の安定期に入る．4 日目のスクエアレンの収率は，1.29± 0.13g/L で，バイオマスの約 20% に当り，従来の報告に比べ例外的に大きい．このオランチオクリトリウム系
統の炭化水素生産性はボトリオコッカスの 10 倍以上です．
有機植物性の藻類からとった油の燃料物性を調べると，炭素数は重油並みだが，動粘度は軽油に近い．ディーゼ
ル油と比較して自然燃焼テストを行うと，内燃機関内の爆発燃焼が確認されました．しかしながら，実用化には特殊なエビ，カニなどの熱水特有生物が棲息し，熱水特

有機物質の費用対効果を調べる必要があります．藻類か有生物は遺伝子源になり，その存在は熱水鉱床を探す手らとったオイルの価格は 2020 年に 130 円 /ℓとなり，がかりとなります．1960 年代以降，プレートテクトニク

使用量は化石燃料を上回ると見ています．光合成藻類ボスの検証から発見され，マグマが裂け目から噴出する海トリオコッカスと従属栄養性藻類オラントリクリトリウ

底に存在することがわかっています．そこで，そのようムの炭化水素生産性を高める統合生産システムが必要とな海底を調べて，熱水鉱床の存在を探ることになりましなるでしょう．

た．
熱水鉱床は海溝の火山活動が活発な地域にあり，国連に【質疑】申請し認可を受けて，海域調査を行います．インド洋でQ（会場）：炭酸ガス排出に関する収支はどうか，

中国など，太平洋ではカナダなどが調査しているが，公バイオマスは炭酸ガス排出が多いのではないで海でない場合は，領有する国と契約して調査します．日

しょうか？

本は独立行政法人 石油資源・金属鉱物資源機構（JOGMEC,

A：エネルギー収支については意見が分れています．

Japan Oil, Gas and Metals National Corporation）などが発生量 / 使用量の見積の報告は 0.2 から 7 まで様々鉱区を申請しています．日本の排他的経済水域（Exclusiveである．小規模実験の結果から大規模実用化時をEconomic Zone, EEZ）の周辺の SMS は，第四紀火山前線，

推定するので，推測に使うモデルによって，結果マグマが噴出するような火山活動活発領域に分布するこ2が違ってしまう．我々は 2000m の生産規模までとが知られています．日本周辺では 10 数カ所の候補地が拡大してモデルを実証しようとしています．

あり，海溝沿いが多く，海底火山のあるところで 5 ヶ所見つかっています．明神海域，サンライズ，沖縄トラフなどです．沖縄のサイトは水深 1,700m にあります．調

3-2 最近の海底熱水鉱床の探査・商業開発に向けた
官民の取り組み（Recent Activities on Exploration of
Seaﬂoor Massive Sulﬁdes in Japan）
飯笹 幸吉（東京大学大学院環境学研究系教授）

査が進むに従い，数の増えることが見込まれています．
鉱床にある鉱物の組成は地域によって異なり，海底火山の活動期によっても組成は変わります．埋蔵量は商業化に十分な量があり，一つの鉱床で 500 万トン以上の埋蔵量が推定されていることもあります．

海 底 熱 水 鉱 床（seaﬂoor massive sulﬁdes, SMS） の 利

海洋基本計画は，平成 19 年 7 月施行の海洋基本法に基用は商業化の手前まで来ています．海底熱水鉱床は海底づいて，平成 20 年 3 月に閣議決定されました．10 年間

面から噴出する熱水に含まれる金属成分が沈殿してできの計画で，2013 年から第 2 期に入ります．第 1 期基本た多金属硫化物鉱床です．海水熱水鉱床からは煙のよう計画（1st BPOP, Basic Plan on Ocean Policy）の 5 年間にに銅などの金属微粒子を含んだ，300℃以上の水が，煙

日本政府は海底熱水鉱床 SMS について，主に 4 つのプロ突のような筒状岩石（Chimney）から噴出している．鉱

ジェクトを推進して来ました．
（1）潜在鉱物資源の評価，床を構成するチムニーやマウンドからは，ベースメタル（2）環境影響評価，（3）小規模採鉱機械製造と海洋実験，（Cu，Pb，Zn），貴金属（Au，Ag）の他，レアメタル（Ga，（4）小規模鉱石選鉱と製錬，です．この時期は SMS の商Ge，Cd，Se，Te）などの採取が期待できます．付近には用化の可能性評価とインフラ整備の期間と位置づけられ

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ます．第 1 期では，海洋開発がものになるか，どんな課題があるか調べて来ました．鉱床の見つけ方，調査，選鉱，精錬などをどのように行うかの調査です．計画推進策は，経済産業省資源エネルギー庁が策定し，文部科学省のプ
ロジェクトは JAMSTEC（Japan Agency for Marine-Earth
Science and Technology，独立行政法人 海洋研究開発機構）が船会社を含む民間委託で推進してきました．そのとき以来，経済産業省とその関連機関が潜在鉱物資源の評価の主役になっています．一方，文部科学省といくつかの大学は，地球物理学的，地球化学的センサの開発を主導しています．第 1 期基本計画の間に得られた結果を基に，次のフェーズの第 2 期基本計画の間に，新しい海洋産業創出に向け，大量の潜在鉱物資源の確保を図ることとしています．
平成 25 年 4 月からは新しい第 2 期計画に従い，官邸におかれた海洋政策本部の参与会議を強化して推進しようとしています．商業化のスピードアップに民間の参加ました．2011 年には天然ガスが多くなり，5.4 兆円を輸は欠かせません．民間はすでに開発された技術の移転を入した結果，貿易赤字が 1.9 兆円に上るのに影響を与え受けて調査に参加し，机上から現場に向かう必要がありました．日本の天然ガス購入価格は世界の 4 倍になってます．海中の立ち上がる煙から見つけることにもなりまいます．これらの在来型エネルギー源に対し，シェール

すが，重金属の宝の山です．モデル化，ボーリング調査

ガスやメタンハイドレートは非在来型のエネルギー源とを産学共同で推進する必要があります．現在既に SMS がして期待されています．特に，日本にとって重要なのは発見されているのは火山活動が活発な地域にあるが，SMS

メタンハイドレート資源が排他的経済水域に存在するこ形成が地質学的に可能な領域は，日本の排他的経済水域とです．排他的経済水域内にあるため，自由な開発が可の火山活動休止地域のような新しい場に，なお存在しま

能で，エネルギー自給，安定供給，資源外交の有力なカー

す．不活性 SMS の発見は，潜在鉱物資源の量を増すこと

ドとなります．

に止まらず，環境影響を緩和し，生物多様性保存にも寄

メタンハイドレートは氷のような固体形状で，水とメ与します．第 2 期基本計画では日本の排他的経済水域のタンガスから成り，1m3 のメタンハイドレートは 0.8m3

新しい場の建設的調査が産官学の協力関係によって加速の水と 160m3 のメタンガスに分離します．高圧，低温でされるでしょう．従来調査して来た海溝に挟まれる海域

安定し，主に凍土や大陸周辺の深海に存在します．メタにも鉱床発見の可能性があり，鉱床の発見は資源外交にンハイドレートは深海の海底にある砂質堆積層の間隙空も役立つと期待しています．

間（pore space）にあり，メタンハイドレートと間隙空間の体積比である飽和度（methane hydrate saturation）は【質疑】

一般に 40% です．日本近辺で確認された場所は，東南海

Q（会場）：リスクアセスメントが必要ではないか．

トラフ，東北地方などで，東南海トラフ領域には 40tcf

地震誘発予防など必要ないのでしょうか？

（1,140 × 109m3）のメタンガスがあると見積られていま

A：まだそこまで進んでいないが，将来は生物環境

す．
メタンハイドレート開発は世界各国で国家プロジェク保全も考える必要があります．
司会者コメント：採掘手段の安全確保も必要だろ

トとして推進されています．米国，中国，韓国，インド

う．

などが力を入れているが，米国はシェールガス開発のため，メタンハイドレートにかける力が若干弱まっています．中国は南沙諸島，チベット高原などで開発を進めてい3-3 メタンハイドレート資源開発の現状及び今後の 課 題（Recent Status of Methane Hydrate R&D
Program and the Future）
成田 英夫（産業技術総合研究所メタンハイドレート
研究センター センター長）

ます．日本は 2001 年から 18 年のプロジェクトを 3 フェーズに分けて進めています．フェーズ 1 は基礎段階で環境省と産総研が中心になっていました．その後 JOGMEC（独立行政法人 石油資源・金属鉱物資源機構）を中心に，メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム（MH21）が組織されました．経済産業省の計画のもとで平成 13 年

日本の電力需要に応えるエネルギー源は，2010 年におに発足し，2009 年から海洋産出試験を含む第 2 フェーズ

いて，石炭，原子力，石油がそれぞれ約 1/4 を占めていに入っています．第 1 フェーズでは南海トラフに国内 11

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年分の使用量が埋蔵されていることを明らかにしていま

稼働には多くの困難があります．例えば，貯蔵器は深水

す．第 3 フェーズでは企業の参加の下，商業的産出準備の比較的浅い位置に設けられる．このため，温度と圧力と環境影響を含む総合評価が予定されています．

の条件は，従来の石油や天然ガス探索の条件より厳しく，

メタンハイドレートには海底析出の表層型，岩の割れ底の孔に大きな圧力がかかる．これに対し，メタンハイ

目，砂層の間の 3 つの埋蔵形態があります．この中ではドレート貯蔵器の解析と評価技術，生産状況のシミュレー

特に砂質堆積層に着目しています．マイクロフォーカス

ション技術は商用生産技術の実証段階にあります．成功，

X 線 CT などでメタンハイドレートを確認します．採掘は，失敗の如何によらず，商用の可能性は沖合試験結果の解

従来の石油や天然ガスの生産技術が基本です．しかしな析を通して確認しなければならないと考えられます．

がら，メタンハイドレートは堆積層中に固体の状態で存在するのに対し，従来の天然ガスは高圧ガスです．天然
ガスは砂岩の中にあって自噴するが，メタンハイドレー
トは例えば海中 1000m の深海の底から 200 〜 300m 下の砂層にあって自噴はしない．メタンハイドレート水を【閉会挨拶】 野田 哲二（JAPAN NANO 2013
組織委員長，物質・材料研究機構ナノテク
ノロジープラットフォームセンター長）

汲上げて分解させる必要があります．メタンガスと水に分離する時，浸透性，機械的性質，熱的性質などの貯蔵器（reservoir）に関するパラメータは分離が進むに従って変化し，分離が吸熱反応のため貯蔵器は急速に冷却される．そこで，生産法の開発と同時進行で，砂質堆積層にあるメタンハイドレートの物理パラメータと分離の振舞を分析する必要があります．
低温・高圧でメタンハイドレートは安定なので，高温・低圧にして分解します．生産方法は大別すると，加熱法と減圧法になりますが，加熱法のエネルギー効率は低い．
減圧法のエネルギー効率は加熱法の数十倍になるので，減圧法が効率的生産法として開発されています．この方法では，生産用の井戸に，メタンハイドレートの入った堆積物が送り込まれ，井戸の水を抜くことにより減圧する．減圧されると，堆積物中の間隙の圧力が下がり，メ
タンハイドレートは水とガスに分離する．ガスと水が井戸に流れ込んでガスが生産される．しかし吸熱反応のため，水になる時に温度が下がって，反応速度が落ちるため，
新しい生産方法が求められています．これに対応して，今回は「エネルギー・資源・環境へのナノテクノロジー

生産シミュレータが開発され，3 次元でメタルハイドレーの多面的展開」をテーマにシンポジウムを開催しました．

トの初期条件を入力すると，生産方法やどれだけ生産可

長時間の参加に感謝します．開会の冒頭では文部科学省

能かを予測することが出来るようになりました．

柿田課長からナノテクノロジーに対する力強い応援の言

生産方法については，陸上のメタンハイドレートを保葉を，基調講演では科学技術振興機構中村理事長から持持する堆積物で減圧法を試験し，連続生産性とエネルギー

続可能な社会に向けてのナノテクノロジジーへの期待の効率を確認しています．掘削して，海水を汲上げるので，お話を，柏木東京工大教授からは ICT と融合したスマー

水位が下がり，圧力が低下するから水位の制御も必要に

トエネルギーネットワークの展望を話して頂きました．

なります．2008 年にはカナダの極北地で 600m の凍土

これに続く 10 件の講演では再生エネルギー，省エネと環の下，地上から 1,700m のところにメタルハイドレート

境，資源についてナノテクノロジーの成果や期待を語っが見つかり，試掘して水とメタンの分解が進むことを確て頂き，将来の展望を描くことが出来たのではないかと認しました．

思います．本日は 574 名の方に出席頂き，盛会となりま

日本は 2013 年から第 2 フェーズの第 2 段階に入り，海洋産出試験費が支出さます．沖合の生産試験を 2013

した．参加者，講演者，準備に当った方々に深謝して本シンポジウムを閉じることといたします．

年はじめに東南海トラフにある第二渥美砂洲で，鑿岩
船「地球」を使い，減圧法を適用して行います．井戸は以上で，シンポジウムは終了したが，開期中に開催さ1000m の深水にある緩い堆積層に建設するので，減圧時れた組織・プログラム合同委員会において，次年度も同の分離に特別の注意が必要です．

様なシンポジウムを開催することが決まった．

沖合の生産試験は世界で初めての挑戦です．安定したNanotechJapan Bulletin Vol. 6, No. 1, 2013

（古寺 博）

第 11 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2013）開催報告 -18