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。
2003年（ 平成15 年度 ）に設立されました本研究科では、毎年度末にアクティビティレポート
を公表し、1 年の締めくくりとしております。今回で第 17 号となり、本号が令和最初のアクティビ
ティレポートということになります。
当研究科は 2015 年 4 月から、「環境科学専攻」の 1 専攻体制から、「 先進社会環境学専攻」と「先 端 環境創成学専攻」の 2 専攻体制へと移行しました。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）の育成に着手しております。
新旧カリキュラムの学年進行がほぼ終了し、昨年度からは、2 専攻体制のカリキュラムの本格的運用が行われております。また、教育コースの名称の変更も予定され、2019 年度からは、先進
社会環境学専攻（1 専攻 1 コース）、先端環境創成学専攻（3 コース：材料環境学コース、応用
環境化学コース、文化環境学コース）となっております。
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、さまざまな国際プログラムをProfessor

展開しておりました。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）。このプログラムにより ASEAN 諸国を

Noriyoshi Tsuchiya

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

東北大学大学院環境科学研究科長

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、学生の受け入れも始まって

Dean, Graduate School of Environmental Studies,
Tohoku University

おります。
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。
環境問題は、益々深刻化、先鋭化しつつあり、これに連動して国際社会の脆弱化が叫ばれております。環境問題に対応できるリーダー的な人物が、社会からは強く求められています。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の志に精一杯応えていく所存であります。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.
Founded in 2003, the school has published an activity report at the end of
every fiscal year. This is the seventeenth edition and the first activity
report in the Reiwa era.
Since April 2015, the school has made a transition from a one-department
system (with only the Department of Environmental Studies) to a twodepartment system (with the Department of Environmental Studies for
Advanced Society and the Department of Frontier Sciences for Advanced
Environment). Under the new system, we have started to nurture humanresources with a bird’s eye, global perspective on environmental issues
and the ability to implement countermeasures with leading-edge
environmental technologies (global “T-Type” human resources) andhuman resources capable of creating solutions based on humanity-scienceinterdisciplinary environmental thought and freely assuming directorial
roles in a variety of positions and contexts (global “Convex-Type” humanresources).
The transition period, in which new and old curricula coexist, is nearing
its end, and the two-department system has been fully in place since theprevious fiscal year. On the education front, the names of the school’s
courses have changed. Starting this fiscal year, our courses consist of the
Department of Environmental Studies for Advanced Society (one course)
and the Department of Frontier Sciences for Advanced Environment(three courses—Eco-materials and Processing, Applied Environmental
Chemistry, and Cultural Environmental Studies).

Since its foundation, the Graduate School of Environmental Studies has
always emphasized globalization and has conducted various international
programs. Since fiscal year 2014, the school has consistently been selected
as an International Priority Graduate Program with support from the
Ministry of Education, Culture, Sports, and Technology (MEXT) andhas implemented the IELP (International Environmental Leadership
Program). Currently, the program’s second term is in progress (with three
students in the master’s program and five in the doctoral program). It
enables the school to host international students every year, focusing on
those from ASEAN countries. In addition, fiscal year 2019 saw thefoundation of the International Graduate Program in Resilience and
Safety Studies, for which the school will assume a facilitator role and thestudents have already started enrolling.
As a research organization, the school seeks to strengthen theEnvironmental Research Promotion Center’s capabilities by promoting
research on issues related to resources and energy, with regional
collaboration and industry–academia collaboration as a foundation. As
environmental issues become increasingly serious and radical,
international society becomes increasingly vulnerable to them. The
society is eagerly calling for people who can assume leadership roles indealing with environmental issues. We are committed to responding toour students’ aspirations of researching advanced environmental studies,creating a new society for the future, and changing the society that
produces the environmental issues. We greatly appreciate your further
and continued help and encouragement of our research and education.

CONTENTS
ページ

1

ごあいさつ

先端環境創成学専攻
Prefatory Note

環境科学研究科長

Dean, Graduate School of Environmental Studies

都市環境・環境地理学講座
34

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

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

次世代型ライフスタイルの創成を担う高機能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

Design of Environment-Friendly Materials

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 准教授
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
井上千弘 教授 / グラウゼギド 准教授
地球物質・エネルギー学分野

Geomaterial and Energy

地圏システムと構成物質の理解とその有効利用
土屋範芳 教授 / 岡本敦 准教授
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

16

地殻環境・エネルギー技術の新展開

高橋弘 教授地球開発環境学分野
坂口清敏 准教授

エネルギー資源学講座

20

22

24

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

エネルギー資源リスク評価学分野

資源・エネルギーの持続的開発と環境の持続の可能性
駒井武 教授 / 渡邉則昭 准教授
環境共生機能学分野

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

Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

Energy Resources
Toward the development of sustainable energy system
Resources and Energy Security

Sustainable development of resource and energy as well as sustainable
possibility of environment
Designing of Nano-Ecomaterials

土屋範芳 教授 / トレンチャーグレゴリー 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

地圏環境政策学分野
環境材料政策学分野
環境物質政策学分野

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

白鳥寿一 教授
鳥羽隆一 教授
下位法弘 准教授

環境調和型新素材素子製造と新たな資源循環システムを目指して

Environmental and Energy Economics

Resource logistic approach to visualize supply chain risks behindresource use

Endowed Division (Dowa Holdings Co., Ltd.)

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

葛西栄輝 教授 / 村上太一 准教授

Process Engineering Research for Advanced Resource Utilization andEnvironmental Conservation

地球システム計測学分野

Earth System Monitoring and Instrumentation

40

水資源と水環境に関する研究

Variations of ozone and related trace species in the atmosphere村田功 准教授

水資源システム学分野

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

Recycling Chemistry

42

資源・物質循環型社会の実現を目指して

44

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

46

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

Aimed on the realization of a resources-material recycling society

吉岡敏明 教授 / 亀田知人 准教授（工学研究科）
環境分析化学分野

Environmental Analytical Chemistry

環境生命機能学分野

Environmental Bioengineering

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
熊谷明哉 准教授（材料科学高等研究所）/ 末永 智一 教授

資源循環プロセス学講座

Development of Chemical Motifs for Environmental and Biomedicinal Analysis

Development of Environmental/Biomedical Sensors and Visualization Systems
for Material Functions with Micro/Nano ElectrodeSustainable Recycle Process

環境グリーンプロセス学分野

Environmental Green Process Study48

環境調和型化学プロセスの開発

50

循環型社会を目指した材料製造プロセスの研究

Green Process Development

スミスリチャード 教授

循環材料プロセス学分野

Material Process for Circulatory Society

Environment-friendly Material Processing

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

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

Innovative chemical engineering technologies for creating sustainable society

54

低環境負荷社会に資する次世代ナノ材料の表面設計指針

環境材料表面科学分野

Environmental Materials Surface Science

大田昌樹 准教授

Atomic-level design of next-gen, novel nano-materials for eco-friendly scociety

和田山智正 教授 / 轟直人 准教授

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）

56

58

Geosphere Environment
Study of Functional Materials
Control of Environmental Materials

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)

市川和利 教授 / 森口晃治 教授 / 松村勝 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

Observation of Global Atmospheric Environment andCarbon Cycle Changes

中島英彰 教授 / 町田敏暢 教授

Towards Establishing Environmentally Benign Material Synthesis andDevices and New Material Circulation Systems

環境研究推進センター

Collaborative Divisions

60

環境研究推進センターの取組み

62

業績レポート

76

博士・修士論文題目一覧（ 平成 31年 3 月・令和元年 9 月修了）

83

TOPICS トピックス

91

索引

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

Understanding Diverse Human-Environment Relationships
from Geographical Perspectives

高度資源利用・環境保全のためのプロセス研究

大気中のオゾン等微量成分の変動の研究

Distributed Energy System

International Energy Resources

連携講座
32

Earth Exploitation Environmental Studies

Physical and Human Environmental Geography

中谷友樹 教授

38

Studies on environment-friendly development systems

国際エネルギー資源学分野

寄附講座（DOWA ホールディングス）28

Earth Exploitation Environmental Studies

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

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

36

Understanding of geosystems and geomaterials and their effective uses

高橋英志 教授 / 横山俊 准教授

環境政策学講座
26

Geoenvironmental Remediation

Development of Environmental Friendly Remediation Technologies andResource Recovery Technologies

14

18

Design of materials harmonizing with environment and life

環境地理学分野（自然 / 人間環境地理学）

地理学的視点から多様な人間 - 環境関係を解明する

資源利用プロセス学分野 / 資源分離・処理プロセス学分野

Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design

Development of High-Functional Non-Metallic Light Element Materials
for Creating a Next Generation Life Style

Urban Environment and Environmental Geography

太陽地球システム・エネルギー学講座

Geo-environmental Measurement and Analysis

Measurement, observation and equipments development forunderstanding of various geosphere information

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

Environmental Research Promotion Center (ERPC)
Activities of Environmental Research Promotion Center

92

環境科学研究科事務室職員

82

進路状況

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る現象である。これは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、地熱環境にあっ最終的には社会に還元したいと考えている。

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

The objective of the laboratory studies is to focus on measurement and observation for understanding 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, naturaland artificial 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.

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東栄科
学産業（株）とともに継続していたが、今年度は市販を目的とした装置の開発が完了した（Fig.3、Fig.4）。この装置は昨年度から環境科学研究科とエルサルバドル大学との間でおこなっている SATREPS 国
際科学技術協力プログラムで使用する機器として、エルサルバドル大

流体相変化に伴う岩石鉱物の破壊現象

Fracturing of rocks by fluid phase change

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、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示唆された。これを確認するため、石英をほとんど含まないはんれい岩を使用し実験をおこなったところ、はんれい岩は石英を含む花こう岩と比較してき裂の発生量が低下する事を確認した。また、加熱・減圧を繰り返した場合にはき裂の発生量が増加していくことも判明した。
（Fig.1、Fig.2）

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Fig.1 Changes of porosity of gabbro by Number ofdecompression cycles at 500 and 600 ˚C.

4Coexistence Activity Report 2019

Previous studies found that when rocks are placed in supercritical water
above 400 ˚C to 500 ˚C and rapidly decompressed, the boiling of the internal
fluid and the temperature decrease associated with adiabatic expansion cancause significant cracks in the rock. This phenomenon is predicted to
explain rock cracking in the deep crust and to be applied to new excavation
methods for geothermal development. The results of previous laboratory
experiments and numerical simulations suggest that the rocks must include
some quartz for crack initiation. In order to confirm these results, anexperiment was performed using gabbro containing almost no quartz. The
occurrence of cracks in the gabbro was lower than that in granite containing
quartz. Additionally, the amount of cracks increased when heating andrapidly decompression were repeated (Figs.1, 2).

Preliminary geothermal exploration
using thermoluminescence
A phenomenon called thermoluminescence (TL) is observed minerals
constituting rock, especially quartz and feldspar, in which energy
originating from natural radiation stored in minerals is released when theminerals are heated and in which energy accumulation is observed as
emission light intensity. This means that the mineral does not emit lightafter being heated. Therefore, minerals have less luminescence in
geothermal areas than those in non-geothermal areas crystallized during

Fig.2 X-ray CT images of decompressed gabbro
sample at 500˚C. Upper image is before decompression.
Lower image is after decompression.

Fig.3 Developed TL measuring equipment
for commercial use.

学に納入される予定である。また、次年度も引き続き測定データの処理方法や長石 TL の適用性などについての研究を継続していく予定である。

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。今年度は秋田県仙北市の玉川温泉において発生している強酸性温泉排水とアルミニウム製品製作過程において排出される廃アルミニウム屑を利用した水素生成実験を本格的におこなった。
その結果、廃アルミ屑 150g に対し、60℃・pH1.2 の温泉水を毎分

the same era. This phenomenon makes it possible to screen for promisinggeothermal areas from rock samples obtained by surface exploration before
large-scale geophysical exploration. This laboratory and Toei ScientificIndustrial Co., Ltd. has continued to develop dedicated measuring equipment
for obtaining these data, which was completed for commercial use this year
(Figs.3, 4). This equipment will be delivered to the University of El Salvador
for use in the SATREPS International Science and Technology Cooperation
Program. We will continue to study the processing of TL measurement data
and the applicability of feldspar TL.

Hydrogen generation from aluminum withacid hot spring water at low temperature
Hydrogen is generated when a strongly acidic solution at pH 1–2 or a strongly
alkaline solution at pH 13–14 and metallic aluminum react at about 50–
60 ˚C. This is a much lower temperature than the conventional hydrogenproduction method by hydrothermal reaction, and industrial applications
can be expected. This year, we conducted a full-scale hydrogen production
experiment using the highly acidic hot spring water at Tamagawa Hot Springin Senboku City, Akita Prefecture, and aluminum scrap waste discharged
from the manufacturing process for aluminum products. As a result, when
150 g of aluminum scrap was reacted with hot spring water at 60 °C and pH
1.2, it was possible to produce about 7.5 L of mixed hydrogen gas per hour(Fig.5). In addition, when this mixed gas was directly injected to a hydrogenfuel cell, it was possible to operate the hydrogen fuel cell and generate power(Fig.6). However, the produced gas contains hydride gas due to the effect ofelements in Tamagawa Hot Spring water, making it necessary to study how
to efficiently remove hydride gas.

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

15 Lで反応させたところ、1 時間あたり 7.5 Ｌ程度の水素混合ガスを発生させることが可能であった（Fig.5）。また、この発生した混合ガスをそのまま水素燃料電池に導入したところ、水素燃料電池を作動させることが可能であり、電力を得る事ができた（Fig.6）。ただし、混合ガスには玉川温泉水に含まれる元素の影響によって水素化物ガスも含有していることも判明しており、これを効率よく除去する方法の検討が課題である。

Fig.4 Control and data logging application
for TL measuring.

Fig.5 Hydrogen mixed gas production
experiment using acidic hot spring water andaluminum scrap waste.

Fig.6 Driving experiment of hydrogen fuel cellusing generated hydrogen mixed gas.

Coexistence Activity Report 20195

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-Metallic Light Element
Materials for Creating a Next Generation Life Style

准教授 佐藤 義倫
Associate Professor

Yoshinori Sato

Fig.S1 New crews. Yuto Sano (left) and Ryudai
Tsukidate (right).

Fig.S2 Cherry-blossom viewing.

Fig.S3 Oktoberfest in our laboratory.

のナノ物質の特性が打ち消されるため、極めて難しくなる。そこで、ナノ物質の特性を最大限に活かしたナノ複合界面設計に基づいた高次機能性材料および複合材料が必要である。本研究室では、材料科学分野における課題である「ナノ物質の特性をバルクまで引き伸ばすための軽元素複合
材料設計と材料開発およびその複合界面に関する研究」を目指している。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、

弱い相互作用による界面滑りが原因で、炭素繊維の機械強度よりも硫黄、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。

劣っている。事実、カーボンナノチューブに共有結合を導入することはIn the past, a number of composites consisting of nanomaterials that possess excellent features have been produced in basic studies. However, it is extremely
hard to design and produce materials and composites in which nanomaterials’ properties are reflected, because each nanomaterial in the composite
assembles at random, without a view of the overall nanomaterials. In this laboratory, the purpose of the research is to study and develop high-functional
non-metallic light materials with high-performance surfaces and interfaces using boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, sulfur, and phosphorus in aneffort to expand the properties of nanomaterials to those of bulky materials.

せた多層カーボンナノチューブ繊維の機械強度と電気特性について研ORR 触媒活性メカニズムの解明のためのグラファイトへの窒素ドーピング制御
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
す触媒を未だに作製できていない。本研究では、ORR 触媒活性のメ
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、ピリジン型窒素をグラファイトへドーピングすることを行っている。

多層カーボンナノチューブ繊維の高強度化：フッ素化―脱フッ素化プロセスにより架橋されたナノチューブ
間の界面滑りの抑制
センシング、ウェアラブル装置、電気化学電池で電極材料として注目されているカーボンナノチューブ繊維は軽量だけでなく、優れた柔

Fig.1 Illustration of nitrogen doping to graphene via fluorination-defluorination process.
Gray, cyan, and blue balls indicate carbon, fluorine, and nitrogen atoms, respectively.

6

軟性を持っているが、それらの引張強度や弾性率はナノチューブ間のCoexistence Activity Report 2019難しい。本研究では、フッ素化―脱フッ素化プロセスによって架橋さControl of nitrogen doping into graphite forclarifying the mechanism of oxygen reduction
reaction catalytic activity
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 expected, they have not yet been
widely used. Platinum as the 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 beendeveloped as alternative platinum catalysts. Nitrogen-doped carbon
nanomaterials have been hitherto 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 carbon framework. In this study, we try to dope
pyridinic-type nitrogen atoms to graphite via a fluorination-defluorination
process in an effort to clarify the mechanism of ORR catalytic activity.

excellent flexibility, their tensile strength and elastic modulus are inferior
to that of carbon fibers due to the interfacial slip caused by weak interaction
between adjacent nanotubes. In actuality, it is difficult to introduce
covalent bonds between nanotubes. Here, we prepare multi-walled CNTFs(MWCNTFs) cross-linked by fluorination-defluorination process andinvestigate their electronic and mechanical properties.

究している。

学術会議・講演

Academic conference・Lecture

・佐藤 義倫、みやぎ県民大学、大学開放講座、仙台市（講演発表）

・Yoshinori Sato, Miyagi Kenmin Daigaku, Sendai (Lecture)
・Yoshinori Sato, 2019 Joint Meeting of the Tohoku Area ChemistrySocieties, Yamagata, (Invited talk)・Minori Kokubo, The 42nd Fluorine Conference of Japan, Kobe (Poster)・Yoshinori Sato, The 42nd Fluorine Conference of Japan, Kobe (Oral)・Yoshinori Sato, 3rd International Conference on Applied Surface
Science (ICASS 2019), Pisa, Italy (Poster)・Yoshinori Sato, 2019 Global Research Efforts on Energy andNanomaterials (GREEN 2019), Taipei, Taiwan (Invited speaker)

・佐藤 義倫、2019 年度化学系学協会東北大会、山形市（依頼講演発表）
・小久保 美乃里、第 42 回フッ素化学討論会、神戸市（ポスター発表）
・佐藤 義倫、第 42 回フッ素化学討論会、神戸市（口頭発表）
・Yoshinori Sato, 3rd International Conference on Applied
Surface Science (ICASS 2019), Pisa, Italy（ポスター発表）
・Yoshinori Sato, 2019 Global Research Efforts on Energy
and Nanomaterials (GREEN 2019), Taipei, Taiwan（招待講演）

Department of Environmental Studies for Advanced Society

ナノ物質は小さいながらも、優れた特性を持っている。しかし、ナノ物質の特性を生かした複合材料の設計・合成は、ランダムに配置された個々

先進社会環境学専攻

次世代型ライフスタイルの創成を担う
高機能非金属軽元素材料の開発

Grants

研究費
・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 19K21911 ( 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)

Collaborations

共同研究

・Stella Chemifa Corporation (Research Division)

・ステラケミファ株式会社（研究部）

Enhanced tensile strength of defluorinatedmulti-walled carbon nanotube fibers:
Suppression of interfacial slip between
nanotubes cross-linked via fluorinationdefluorination process
Although carbon nanotube fibers (CNTFs), which have attracted attention
as electrode materials in the fields of sensing, wearable devices, andelectrochemical batteries, are not only lightweight but also possess

Fig.2 Fluorination-defluorination process to cross-link CNTs.

Fig.3 Snapshot at the 42th Fluorine Conferenceof Japan. (Minori Kokubo)

Fig.4 Open campus 2019.

Fig.5 Snapshot of our drinking party.

Coexistence Activity Report 20197

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

准教授 上高原 理暢

Professor

Associate 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.

Group photo

航空機エンジン用セラミックスコーティングのシミュレーション
現在、航空機エンジンの高温部品には熱遮蔽コーティングが広く適用されており、今後は新規コーティングである耐環境性コーティングの研究が重要になってくると考えられる。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行っている。モンテカルロ法を用いて、特異（柱状晶、羽毛状）な構造の形成と焼結・粒成長による組織変化を再現できるシミュレーショ
ン技術を開発し、有限要素法を用いて、焼結による膜の形状変化を再

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。WC-Co 超硬合金や Al2O3-glass などの液相焼結によって得られる材料の組織をシミュレーションによって設計する研究を進めている。

Development of a thermal insulation/storage system for energy conservation
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.

Simulation of formation of material
microstructure
We are studying the simulation of the microstructure formation of ceramics
and composites using the Monte Carlo method, the finite element method,
the molecular dynamics method, etc. We developed a simulation that cancalculate the change in a material’s structure, including several solid
phases, liquid phases and pores from view point of the relationshipbetween temperature and time. The microstructure design by computer
simulation is studied in WC-Co cemented carbide and Al 2O3 glass, which
are fabricated by liquid phase sintering.

現できるシミュレーション技術や膜の剥離の解析技術を開発した。

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リン酸カルシウム骨セメントを創製した。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＜受賞＞(1) 赤星広大（M2）：粉体粉末冶金協会 2019 年度春季大会 優秀講演発表賞(2) 赤星広大（M2）：粉体粉末冶金協会 2019 年度秋季大会 優秀講演発表賞(3) 浅原叶（M2）：無機マテリアル学会第 139 回学術講演会 講演奨励賞(4) 高田真之（社会人 D3）、松原秀彰：粉体粉末冶金協会 2019 年度論文賞＜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、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

Fig.1 Simulation of heat transfer in the vessel of heat storage (A)and heat insulators (B,C,D). (a) model, (b)→(c)→(d) time passing.

8

Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Molecular dynamics simulation of grain boundary structures ofalumna with glassy phase. (a) near S11, (b) S3, (c) S7.

Fig.3 Study on deformation (bending) of thermal barrier coating
for jet engine. (a) experiment, (b) computer simulation.

Group photo at lecture by Profs. Riedel and Ikuhara.

Simulation of ceramics coating for jet engine
Thermal barrier coating of ceramics is widely used in high-temperatureand high-pressure parts of jet engines. Environmental barrier coating is avery important technology for new types of jet engine of ceramics. This
study is aimed at developing a simulation technique for microstructureformation and change as well as delamination/fracture in ceramic coatings.
The Monte Carlo method is used to simulate deposition and sintering.
Finite element method is used for the simulation of deformation anddelamination of ceramics coating.

Preparation of materials that harmonize
with life
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
in vivo and incorporated into bone metabolism. We designed the calcium
phosphate bone cement to include macropores and micropores. Cells andbone tissues enter the macropores, and body fluids and proteins enter the
micropores. The development of these materials will contribute not only tothe treatment of patients, but also to the realization of medicine with a low
environmental impact.

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Masanobu Kamitakahara

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Awards and Activities in academic societies< Awards>(1) Kodai Akaboshi (M2): Best Presentation Award, Spring meeting ofJapan Society of Powder and Powder Metallurgy 2019 (2) Kodai Akaboshi(M2): Best Presentation Award, Autumn meeting of Japan Society of
Powder and Powder Metallurgy 2019 (3) Kanau Asahara (M2): Presentation
Award, 139th Annual Meeting of The Society of Inorganic Materials,
Japan (4) Masayuki Takada (Adult D3), Hideaki Matsubara, Distinguished
Paper Award of Japan Society of Powder and Powder Metallurgy 2019

<Activity 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 Journalof the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy, Committee Memberof Engineering Ceramics Division of the Ceramic Society of Japan, etc.
Masanobu Kamitakahara: Associate Editor of Journal of the Ceramic Societyof Japan, Committee Member of Japanese Society for Biomaterials, etc.

Fig.4 Scanning electron microscopic image of calcium
phosphate cement with macropores and micropores.
Coexistence Activity Report 20199

資源戦略学講座

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

Mei-Fang ChienGroup photo of Inoue lab 2019

Group photo of lnoue lab year end party 2019

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 2019 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）難分解性有機化合物の生物分解に関する研究、（3）有害化合物の環境負荷低減技術および有用化合物回収技術の開発に関する研究。

その成分により根圏菌叢が変化して、PAH の分解に影響を及ぼしていることを証明した (Fig.2)。また、1, 4 -ジオキサンに分解能を示す集積培養系の構築に成功し、集積培養系から新規分解菌のVariovorax
sp. TS13 を単離した。その他、四塩化炭素、重油を対象物質として分The contamination of soil and groundwater by heavy metals and persistent organic pollutants (POPs) such as chlorinated organic compounds and petroleumhydrocarbons has been a serious environmental issue of global concern. Moreover, demand for underground mineral resources is growing. However,effective methods for pollution removal and resource recovery with low environmental burden have not been successfully developed and thus remain asa challenge. Our target is to develop remediation and resource recovery technologies that reduce costs, energy demand, and environmental load. Here we
introduce our major scientific activities in 2019 as follows: (1) phyto- and bio-remediation of heavy metals from polluted soil and water, (2) biodegradationof polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and other POPs, and (3) development of technologies to prevent elution of hazardous compounds and/or torecover valuable materials.

解する集積培養系の構築と解析も進めている。

有害化合物の環境負荷低減技術および有用化合物回収技術の開発に関する研究
SEM/EDX/MLA などを用いた元素マッピング等により石炭灰に含有される微量有害元素と構成鉱物の特徴付けを行い、有効利用に向けた石炭灰のグルーピング手法を開発した（Fig.3）。また、土壌から植物・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

Phyto- and bio-remediation of heavy metals
from polluted soil and water

ヒ素やカドミウムによる土壌・水環境汚染の修復について、それぞRegarding the phytoremediation of arsenic and cadmium/zinc fromcontaminated soil or water, we continued to apply the hyperaccumulators
Pteris vittata (arsenic) and Arabidopsis halleri ssp. gemmifera (cadmium/zinc) to demonstrate their hyperaccumulation mechanisms as basic researchand to apply them in field trials in Japan and Vietnam using both soil
planting and hydroponic cultures. In 2019, first we confirmed that
inoculation of arsenic-uptake-promoting bacterium m318 strain increased
the ratio of arsenic oxidase genes in the rhizosphere, which facilitatedarsenic removal by P. vittata (Fig.1). Second, we focused on candidate genesthat contribute to arsenic/cadmium uptake and characterized their expression
by quantitative RT-PCR and transcriptome analysis. Third, we applied the
PETIS method using short-living radioisotopes to investigate and visualize
the transportation of arsenic in P. vittata.

れの高蓄積植物（ヒ素：モエジマシダ、カドミウム & 亜鉛：ハクサンハタザオ）を用いた機序解明の基礎研究及び圃場や現場における実証試
験を継続し、今年は（1）シダのヒ素蓄積を強化する微生物の添加が根
圏中亜ヒ酸酸化酵素遺伝子の増加に繋がり、シダによるヒ素除去の効
果を高まったことを確認した (Fig.1)。
（2）ヒ素・カドミウムの吸収・輸送過程において、関与する機能遺伝子の発現を定量 PCR 及びトランスクリプトム解析を進めた。(3) 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共同研究を行い、短寿命放射性同位体を用いた PETIS 測定によりヒ素高蓄積植物であるモエジマシダ体内におけるヒ素輸送過程を初めて可視化することができた。

難分解性有機化合物の生物分解に関する研究
多環芳香族炭化水素（PAHs）の生物分解につて、スーダングラスを用いた水耕栽培実験系を確立し、植物は年齢により根分泌物が異なり、Fig.1 As accumulation of Pteris vittata with (PvI)
and without (PvN) m318 strain inoculation.

10 Coexistence Activity Report 2019

Microbial degradation of persistentorganic pollutants
To investigate plant-bacteria-mediated biodegradation of PAHs, a hydroponic
system utilizing sudangrass was established. Results showed that the root
exudate composition along with its rhizosphere bacteria varies with plantFig.2 Image of (1) interaction between plantand microbes in PAH degradation (2) plant-age
driven PAH biodegradation.

Fig.3 Image of proposed coal fly ashgrouping method.

のマイクロプラスチックの分離について、フェントン反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を確認した（Fig.4）。レアメタル回収技術の開発を目指し、モリブデン吸着酵母の固定化による回収システムの検討を行っておる。

age, which resulted in a change in the PAHs degradation potential of thesystem (Fig.2). Microbial consortia for the degradation of 1,4-dioxane,
tetrachloride, and heavy oil were successfully constructed, and a novel
bacterium, Variovorax sp. TS13, for the degradation of 1,4-dioxane was found.

Development of technologies preventing theelution of hazardous compounds and/or therecovery of valuable compounds
SEM/EDX/MLA was applied for elemental mapping and the identificationof compounds in coal fly ash, and a grouping method towards an effective
use was proposed (Fig.3). For the assessment of microplastics in soil,
plastic was separated by elutriation and centrifugation, including theremoval of biological material by Fenton reaction, and plastic particles
were identified by staining and visualizing by fluorescence microscopy atseveral wavelengths (Fig.4). Molybdenum-adsorbing yeast was constructed
as a resource recovery technology, and in a further step, we are trying to
improve the adsorption ratio by constructing a biological recovery systemthrough immobilization of yeast.

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、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

International exchange and other activities

国際交流、学会発表、その他活動
井上教授、簡助教が中国上海大学及び科学院南京土壌研究所に招聘されレクチャーを行った。簡助教が台湾中央研究院及び中興大学と共同研究を開始し、9 月に打ち合わせを行ってきた（Fig.5）。ギド
准教授はドイツ Free 大学の Rillig 教授を招聘し、講演を行なった。
簡助教が台湾国立中興大学農業生物技術工学センターに招待講演を行なった。タイのカセサート大学 4 年生の Thiti Jittayasotorn とTidtita Jongchuaywong を半年間研修生として受け入れた。D2 銭が第 56 回アイソトープ・放射線研究発表会にて若手優秀講演賞を受賞した（Fig.6）。D2 銭と D1 Christine が第 16 回国際植物技術会
議に学生賞に選出された。その他国際・国内学会における研究発表をProf. Inoue and Assist. Prof. Chien were invited to deliver lectures at
Shanghai University and the Institute of Soil Science, Chinese Academy of
Sciences, China. They also visited Academia Sinica, Taiwan (Fig.5). Assoc.
Prof. Grause invited Prof. Matthias Rillig from the Free University of
Berlin, Germany for a lecture. Assist. Prof. Chien gave an invited speech at
the annual meeting of the ENABLE Center, National Chung-Hsing
University, Taiwan. We welcomed Ms. Thiti Jittayasotorn and Mr. Tidtita
Jongchuaywong as visiting students from Kasetsart University, Thailand.
Mr. Qian (D2) received the best oral presentation award at the 56th
Radioisotope Conference (Fig.6), and Mr. Qian (D2) and Ms. Wiyano (D1)received phytoscholar awards at the 16th International Phytotechnology
Conference. In addition, we presented 16 oral/poster presentations at
various international or domestic conferences.

計 16 件行った。

Fig.4 Fluorescence microscope images of various
types of microplastic.

Fig.5 Prof. Inoue and Assist. Prof. Chien in
Academia Sinica, Taiwan.

Fig.6 Photo of Mr. Qian (D2) receiving theaward of the Best Oral Presentation in the 56th
Radioisotope Conferense, Tokyo.
Coexistence Activity Report 201911

資源戦略学講座

Resources Strategies

地球物質・エネルギー学分野

Geomaterial and Energy

Understanding of geosystems and geomaterials and their effective uses

教授 土屋 範芳

准教授 岡本 敦

助教 宇野 正起助手 山岸 裕幸

研究員 山崎 慎一 研究員 山田 亮一

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Research Associate

Researcher

Noriyoshi Tsuchiya

Atsushi Okamoto

Masaoki Uno

Hiroyuki Yamagishi Shinichi yamasaki

Researcher

Ryoichi Yamada

日本学術振興会特別日本学術振興会特別研究員 東野 文子 研究員 永冶 方敬
JSPS Research Fellowshipfor Young Scientist

Researcher

Researcher

Takayoshi Nagaya

国際共同研究プロジェクト（SATREPS）を通じて、エルサルバドルの火山システムの特徴と地熱資源の実態を明らかにするために、詳細な地質調査と岩石試料の化学分析を行い、長石を対象とした新たな熱発光解析法の開発を進めた。また、エルサルバドルからの研修生を受け入れ、機器分析、シミュレーションなどの実践的内容の地熱スクールを実施した。地殻の流体―岩石反応についての研究において、加水膨張反応による岩石破壊のメカニズムを実験と数値シミュレーションにより明らかにするとともに、亀裂パターンと透水率の関係について明らかにした。また、南極やモンゴルのフィールドを対象とした研究では、鉱物脈や反応帯の組織解析と反応輸送モデリングにより、地殻や沈み込み帯における地震発生・鉱床形成との関連した短期間で変動する地殻流体流動の描像を明らかにした。さらに、超臨界地熱資源の開発に向けた基礎研究として、超臨界領域への溶存種の熱力学データの拡張を進めるとともに，海洋地殻の熱水系における開放系の変成作用、水の相変化に伴うシリカナノ粒子の形成・Assembly, April 7-12, Vienna, Austria・International Geoscienceand Remote Sensing Symposium,July 28-August 2, Yokohama
・Geothermal Volcanology Workshop 2019, September 5-9,
Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia・International Forum on Earth,
Energy and Environment, November 11,Taiwan

運搬挙動、流体の減圧に伴う破砕プロセスについてなど、超臨界・亜臨界状態における岩石―水相互作用の研究を進めている。

研究プロジェクト・主な外部獲得資金

Through the SATREPS international collaborative research project, we carried out a geological survey of the volcanic system and geothermal resources in
El Salvador and the chemical analysis of rock samples. We also developed the methodology for thermoluminescence analysis of feldspars. In addition, El
Salvadorian students were provided with a geothermal training program that contained practical contents such as instrument analysis and simulations. In
the studies on the fluid-rock reaction within crusts, reaction-induced fracturing during hydration of rocks was examined by laboratory experiments andnumerical simulations. We also clarified the relationship between fracture pattern and crust permeability. In the field survey of Antarctica and Mongolia,
we analyzed mineral veins and reaction zones using textural analyses and reactive-transport modeling, and we revealed the short-term crustal fluid flow
related to earthquake generation and ore formation in the crust and subduction zone. Furthermore, to develop supercritical geothermal resources, we
conducted various studies on water-rock interaction under sub- to supercritical conditions, including expansion of the thermodynamic data of dissolved
species into the supercritical region, metamorphism in hydrothermal systems of the oceanic seafloor, the formation and transport silica nanoparticles, androck-fracturing induced by fluid decompression.

[ 科研費補助金 ]現在進めている研究テーマ◯

超臨界地熱システムのナチュラルアナログ研究（仙岩地域、モンゴル、金華山）◯

熱発光による地熱探査法の開発◯

延性地殻における減圧、水圧破砕実験◯

地殻と沈み込み帯の変成作用と流体流動（モンゴル，南極，オマーン）◯

シリカ析出と地震発生プロセス◯

反応に起因する岩石破壊に関する実験とモデリング◯

廃アルミニウムと温泉水を用いた水素発電システムの開発◯

機械学習と統計学的アプローチによる高次元地球化学データ解析

参加国際学会16th International symposium on Water Dynamics, March 1214, Sendai (Organized)・European Geosciences Union, GeneralFig.1 “Victor de Sola” award to Prof. Tsuchiya
from LaGeo in El Salvador (October).

12 Coexistence Activity Report 2019

Participating in international conferences
16th International Symposium on Water Dynamics, March 12-14, Sendai(Organized)・European Geosciences Union, General Assembly, April 7-12,
Vienna, Austria・International Geoscience and Remote Sensing Symposium,
July 28-August 2,Yokohama・Geothermal Volcanology Workshop 2019,

Fig.2 Training of solution analyses by ICP-OES in
SATREPS geothermal school (Sendai, October).

基盤研究 (B)（岡本）、挑戦的研究（萌芽）（岡本）
若手研究 (宇野 )、国際共同研究強化（A）（岡本）

NEDO「超臨界地熱発電技術研究開発」プロジェクト（土屋、岡本）[Others]
JST-JICA Science and Technology Research Partnership for Sustainable
Development (SATREPS) (Tsuchiya), NEDO Research and Developmentof Supercritical Geothermal Power Generation Technology (Tsuchiya,
Okamoto)

教育・メディア報道など

Education, media coverage

新学術領域公募研究（宇野）[ その他 ]SATREPS「地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム」(土屋 )、Diario Co Latino( 新聞 ),2019.8.20

Natural analogue studies on supercritical geothermal systems/Geothermal
exploration method by thermoluminescence/Experimental studies onhydrofracturing and decompression fracturing of ductile crust/Metamorphism
and fluid flow within crust and subduction zone (Mongolia, Antarctica,Oman)/Silica precipitation and earthquakes/Experiments and modeling ofreaction-induced fracturing of rocks/Hydrogen power generation systemusing waste aluminum and hot spring water/Statistical and machine-learning
approaches on high-dimensional geochemical data analyses.

Fig.3 Grow curves of thermoluminescence offeldspar after heating at 125 ˚C.

Research projects, major externallyacquired funds[MEXT/JSPS KAKENHI ]Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (Okamoto), Grant-in-Aid for
Challenging Research (Okamoto); Grant-in-Aid for Young Scientists(Uno), Fund for the Promotion of Joint International Research (Okamoto),
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative area (B) (Uno)・エルサルバドル大学へ地熱研究装置類一式を贈呈 ,Research topics

September 5-9, Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia・International Forum on
Earth, Energy and Environment, November 11,Taiwan

・毒水が新エネに変身、ドローンも車も動く！―,
日テレ NEWS24,2019.9.20
・仙北・玉川温泉から水素燃料１日 100 リットルの確保目指す東北大と市が事業報告会―, 河北新報 ,2019.12.4
・マグマ由来の流体による微小な割れ目網が地下水の流路に，
科学新聞 , 2019.11.29

10 名（インドネシア人 4 名、ロシア人１名、エルサルバド

ル人１名、モンゴル人１名）
修士課程
学部生

１１名（エルサルバドル人１名、モンゴル人１名）

９名（インドネシア人 1 名）研究室ホームページ

・Newspaper, Deario Co Latino (El Salvador), “Donation of a complete setof geothermal research equipment to the University of El Salvador”
・Nittere NEWS24 broadcasting, “Poison water turns into new energy,
drone and car move,” November, 20
・Newspaper, Kahoku Shinpo, “Hydrogen fuel from Semboku andTamagawa Hot Springs Senboku City and Tohoku University aiming tosecure 100 liters a day,” December 4.
・Newspaper, /Kagaku Shinbun/, "Microfracture networks activated bymagmatic fluids act as flow channels of ground water", November 29.

Lab members

研究室の在学生
博士課程

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Fumiko Higashino

JSPS Research Fellowshipfor Young Scientist

先進社会環境学専攻

地圏システムと構成物質の理解とその有効利用

Doctoral course: 10 students (4 Indonesian, 1 Russian, 1 El Salvadorian, 1
Mongolian)
Master’s course: 11 students (1 El Salvadorian, 1 Mongolian)Undergraduate students: 9 students (1 Indonesian)
Lab homepage: http://geo.kankyo.tohoku.ac.jp/gmel/

http://geo.kankyo.tohoku.ac.jp/gmel/

Fig.4 The numerical simulation on reactioninduced fracturing of oceanic crust during
hydration.

Fig.5 Cl-profiles in apatite around the reaction
zone within the middle crust from Sør Rondane
Mountains, East Antarctica.

Fig.6 Field survey to acid lake (pH = 0) at Ijen
craor, east Java, Indonesia.
Coexistence Activity Report 201913

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

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) 打設型繊維質固化処理土工法の開発、( 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) ブレードによる水中地盤掘削、( 2 ) 自動掘削のための地盤情報取得、(3) 軟弱地盤のバケット掘削と地盤強度推定、(4) 礫混
じり地盤の掘削抵抗力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、コーン落下試験を行うとともに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. As for the advanced study of fiber-cement-stabilized soil method, (1) development of placing-type
fiber-cement-stabilized soil method, (2) evaluation of shear strength parameters of modified soil, and (3) estimation of optimum mixing conditions of fibercement-stabilized soil using artificial intelligence (AI), specifically, a neural network, were conducted. As for the study of intelligent excavation by thebucket/blade, (1) soil excavation in water by the blade, (2) acquisition of ground information for automatic bucket excavation, (3) estimation of soft groundstrength through soil excavation by bucket, and (4) evaluation of excavating resistive force on soil with gravel by bucket were conducted. Furthermore, as
for acquisition of ground information and soil sampling using an unmanned aerial vehicle (UAV), cone rod falling test was carried out and fundamental
study on the development of soil sampling device was 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。そこで本年は AI 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。本研究は 2020 年も継続して実施する予定である。

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) ブレードによる水中地盤掘削：本年は、ブレードの角度を変化させて地盤掘削実験を行い、抵抗力を計測した。さらに地盤の破壊形

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) 打設型繊維質固化処理土工法の開発：空洞などの埋戻し材として流動性を有する繊維質固化処理土を使用することを目的として打設型繊維質固化処理土工法の開発を行った。任意の泥土からフロー値、
ブリージング率、強度特性、密度の目標値を同時に満足する処理土を生成する処理フローを導出した (Fig.1)。
(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、強度定数に及ぼす古紙および固化材の添加量の影
響について考察した。本成果を九州大学で開催された地球科学技術に関する国際シンポジウム 2019 で発表したところ、優秀論文賞を受賞した (Fig.2)。

Fig.1 Specimens after 20th cycle of drying
and wetting cyclic test (Left: without fiber,right : with fiber)

14 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Box shear test machine

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) Development of the placing-type fiber-cement-stabilized soil method:
The placing-type fiber-cement-stabilized soil was created to use themodified soil as a back-filling material. A flowchart for producing
modified soil that satisfies the target flow value, breathing rate, strengthcharacteristics, and density was developed (Fig.1).
(2) Evaluation of the shear strength parameters of fiber-cement-stabilized
soil: Continuing from 2018, the shear strength parameters (i.e., cohesion
and internal friction angle of fiber-cement-stabilized soil) were obtained
from box shear test. The effect of the shear strength parameters on the
additive amount of paper debris and cement was discussed. The results
were presented at the International Symposium on Earth Science andTechnology 2019 held at Kyushu University, and the best paper award wasreceived (Fig.2).
(3) Estimation of optimum mixing conditions of fiber-cement-stabilized
soil using AI: Since the mixing conditions of fiber-cement-stabilized soil

Fig.3 Measuring experiment for groundshape due to bucket excavation

態を観察し、抵抗力について理論的に考察した。
(2) 自動掘削のための地盤情報取得：昨年に引き続き、バケット掘削に伴う地盤形状変化の計測実験を行った (Fig.3)。
(3) 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
測実験を行った (Fig.4)。
(4) 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した。

UAV を用いた地盤情報取得および土砂サンプリング
本研究室では、災害現場における UAV の更なる高度活用を目指し、
UAV からコーンを落下させて貫入距離を自動計測し、地盤強度を推定する基礎研究を行っている。本年はコーン落下実験を行い、コーンの貫入距離とコーン指数との関係について実験的に考察した (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、ケーシングとスクリューから構成される装置を考案し、土砂サンプリングの基礎

were determined by trial and error, the work efficiency was low. In 2019, thefundamental study on estimation of optimum mixing conditions of fibercement-stabilized soil using AI (i.e., a neural network) was conducted.

Study on intelligent excavation
by bucket/blade
In construction and resource development sites, ground excavation by
heavy machinery is indispensable. In particular, intelligent excavating
methods such as remote operation or autonomous heavy machinery are
indispensable in an extreme environment (e.g., restoration work at a
disaster site, development of seabed resources, space development). The
following studies were conducted.
(1) Soil excavation in water by the blade: Blade excavation experimentswith various blade angles were conducted, and the soil failure process andpattern were observed. Moreover, the excavating resistive force wasinvestigated at a theoretical level.
(2) Acquisition of ground information for automatic bucket excavation:
Continuing from 2018, the shape of the ditch after the bucket excavation
was measured using a 3D camera throughout the laboratory soil excavation
experiments (Fig.3).
(3) Estimation of soft ground strength through soil excavation by bucket:
The excavating resistive force on soft ground was measured throughbucket excavation experiments (Fig.4).
(4) Evaluation of excavating resistive force on soil with gravel by bucket:
The excavating resistive force on soil with gravel was measured throughbucket excavation experiments.

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取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 information
using a UAV
To achieve advanced utilization of UAV, a fundamental study on estimating
ground strength from the penetration depth when a cone rod was dropped
from the UAV has being conducted. The relationship between the penetration
depth and the ground strength (i.e., cone index) was experimentally evaluated(Fig.5). Furthermore, to develop a screw-type soil-sampling device, a device
consisting of a casing and a screw was devised, and soil sampling experiments
were carried out (Fig.6).

実験を行った (Fig.6)。

Fig.6 Screw type soil sampling device
Fig.4 Bucket excavation
experiment of the soil in water

Fig.5 Cone falling experiment topredict ground strength
Coexistence Activity Report 201915

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
Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

准教授 坂口 清敏
Associate Professor

Ryota Goto (M2) received the Outstanding
Presentation Awards.

Kiyotoshi Sakaguchi

1）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
2）Super Critical / Superhot 環境下における水圧破砕のメカニズム（Fig.1 ～ Fig.4）

超臨界地熱環境下における水圧破砕生成に及ぼす岩石の異方性の影響

3）超臨界地熱環境下における水圧破砕き裂生成に及ぼす岩石の異方性の影響（Figs.5, 6）4）軟弱岩盤における鉛直ボアホールを利用した地圧測定法の開発

超臨界地熱環境下での水圧破砕き裂の形成に対する岩石異方性の影
響を明らかにするための最も適切な岩石サンプルとして大島花崗岩（細In 2019, our research activities were as follows:
1) Injection-induced slip characteristics of a rock fracture under high temperatures. (Fig.1)
2) The hydraulic-fracturing mechanism under supercritical//superhot conditions. (Figs.2-5)
3) Effect of rock anisotropy on hydro-fracturing crack formation under supercritical geothermal environment.
4) Development of the rock stress measurement method using the vertical borehole in soft rock mass.

粒）
を選定し、
表題に関する実験を行なった。以下に主な結果をまとめる。
1）リフト面に平行な方向から採取した岩石試料に水圧破砕を生じさせるために必要なボアホール水圧は、リフト面に対して垂直方向に採取した岩石試料よりも低い。
2）リフト面に垂直な方向から採取した岩石試料に対して形成された水Supercritical / Superhot
環境下における水圧破砕のメカニズム
超臨界地熱開発のための人工地熱貯留層の造成を目的に、400℃
以上の温度条件の真三軸応力下において水圧破砕実験を行った。水圧破砕実験で形成されたき裂の形状や分布、透水性、X 線 CT 観察、
弾性波速度の測定、薄片観察を行い、水圧破砕のメカニズムの解明に取り組んだ。主に以下の成果が得られた。
1）破砕水圧に温度、応力場の型は影響しない。
2）形成されるき裂は 3 次元的に広がる複雑かつ等方的なネットワー
ク型き裂であり、その透水性は地熱貯留層として十分な 10 -5 m2 程度になり得る。
3）Supercritical / Superhot 環境における水圧破砕現象は、既存
き裂に低粘度の流体が浸透することで生じるき裂の進展が主メカニズ
ムである。
4）破砕水圧はグリフィスの破壊基準から推定できる。
5）水圧破砕は超臨界地熱開発のための人工地熱貯留層の造成に有用な手法である。

Fig.1 Optical microphotographs of a thinsection using UV light. (Before fracturing)

16 Coexistence Activity Report 2019

The hydraulic-fracturing mechanism under/supercritical/superhot conditions.
Hydraulic fracturing experiments under true triaxial stress at a temperatureof 400°C or higher were carried out to create an artificial geothermal
reservoir for supercritical geothermal development. To clarify thehydraulic-fracturing mechanism, the shape and distribution of cracks
formed in the hydraulic fracturing experiment, water permeability, X-ray
CT observation, elastic wave velocity measurement, and thin section
observation were performed. The following results were obtained.
1) Temperature and stress type do not affect the breakdown pressure of thehydraulic fracturing.
2) Complex, isotropic network-type cracks that distributed threedimensionally are formed, and their permeability can equal approximately
10 -5 m 2, which is sufficient for a geothermal reservoir.
3) Hydraulic fracturing in the /supercritical/superhot environment ismainly caused by crack propagation that results from the penetration of
low-viscosity fluid into existing cracks.
4) The breakdown pressure can be estimated using Griffith’s fracture
criterion.
5) Hydraulic fracturing is a useful technique for creating artificial
geothermal reservoirs for supercritical geothermal development.

Fig.2 Enlarged image of part of Fig.1

Fig.3 Optical microphotographs of a thinsection using UV light. (After fracturing)

圧破砕き裂は、リフト面に平行な方向から採取したものに比べて、より広範囲に分布する。
3）水圧破砕き裂の生成は、異方性を支配する因子の一つである先在き裂の配向に影響される。
4）水圧破砕用のボアホールをリフト面に垂直な方向に掘削して流体をEffects of rock anisotropy on hydrofracturing crack formation under asupercritical geothermal environment.
Ohshima (fine) granite was chosen as the most suitable rock sample forobserving rock anisotropy’s effect on hydro-fracturing crack formation
under supercritical conditions. The following results were obtained.
1) Borehole pressure required for breakdown to occur in rock sample takenfrom rift plane direction, which possess higher anisotropy, is lower thanrock sample drilled out from the perpendicular direction to rift plane.
2) The fracture formation in rock sample taken from the perpendicular
direction to rift plane, which possess lower anisotropy, was far more
distributed and spread out, compared to the sample taken out from the riftplane direction.
3) Hydraulic fracture initiation is influenced by the orientation of preexisting cracks, one of the factors governing anisotropy.
4) By drilling the borehole perpendicular to the rift plane and injecting
fluid, additional fluid channels (crack network) may be created.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

2019 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 2 つの研究に絞る。

先進社会環境学専攻

Earth Exploitation Environmental Studies(Takahashi & Sakaguchi Lab.)

注入することにより、熱交換面と成り得るより多くの流路（き裂ネットワー
ク）を生成できる可能性がある。

Awards受賞

1) Kiyotoshi Sakaguchi received the Best Paper Award from the JapaneseSociety for Rock Mechanics.
2) Ryota Goto (M2) received the Outstanding Presentation Awards at the
Spring Meeting of the MMIJ Tohoku branch.

1）坂口清敏：岩の力学連合会論文賞
2）後藤遼太（M2）：資源・素材学会東北支部春季大会最優秀発表賞

研究費
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）NEDO 受託研究（超臨界地熱発電技術研究開発・分担）

Fig.4 Enlarged image of part of Fig.3

Grants1) JSPS KAKENHI 17H03504 (Scientific Research B//Co-Investigator)
2) JSPS KAKENHI K18K190390 (Challenging Research/Co-Investigator)
3) JRPs-LEAD with DFG//Co-investigator4) NEDO Research and Development of Supercritical Geothermal PowerGeneration Technology//Co-Investigator

Fig.5 X-ray CT images of after fracturing incase of parallel to the rift plane.

Fig.6 X-ray CT images of after fracturing in caseof perpendicular to the rift plane.

Coexistence Activity Report 201917

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

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。

アノード支持型固体酸化物燃料電池セルにおける内部応力および変形挙動
SOFC は10 年を超える長期間安定して動作することが求められているが、その間のセルの構造健全性を評価する手法は十分に確立されているとは言えない。当分野では、電気化学的、熱機械的特性を考慮して、SOFC セルの弾性・非弾性変形および破壊挙動を評価する手法

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.

を確立することを目指している。 具体的にはセルのシミュレーションと実験的評価の両面からセルの機械的挙動を理解することを目的として、様々な実環境下でのセル形状および変形の評価手法の開発 (Fig.1)、
および有限要素法による熱応力解析からセル変形のシミュレーションを行っている。両者の結果を比較することで実際のセルでの変形挙動について理解が可能となる。アノード支持型セルの空気中での昇温時とアノード還元時の評価の例を示すと、実験においては、昇温時には固体酸化物形燃料電池の耐久性迅速評価
および高強靱性セルの開発
NEDO 委託事業「固体酸化物形燃料電池の耐久性迅速評価方法に関する基礎研究」において、最終年度である今年度は新たなニーズである高効率化や強靱性化に向けてセルおよびスタック評価する研究を行っている。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。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の開発にも着手し、金属支持型セルの作製・評価も行っている。
同事業では基盤コンソーシアムを形成し、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、東京ガス ( 株 )、および SOFC 開発
各社とも密接に連携して事業を推進している。当分野での具体的な研究成果については以下で述べる。

Fig.1 Schematics of cell shape/deformation
measurement.

18 Coexistence Activity Report 2019

Reliability and Durability Tests of Solid Oxide
Fuel Cells and the Development of a HighToughness CellIn the NEDO project “Development of Systems and Elemental Technology
on Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs),” research and development have been
conducted to meet the recent demand for further generation efficiency andthe development of high-toughness cells. Under high-output conditions,high fuel utilization causes different operating conditions at different
place within a cell. The degradation behavior may also differ from theaverage operating conditions as well. Therefore, the cell’s local degradation
should be evaluated. Additionally, a metal-support cell has been developed
to achieve high toughness, to extend the application range of SOFCs.
In this project, a research consortium has been organized by the Universityof the Tokyo, Kyoto University, Kyushu University, AIST, CRIEPI, Tokyo
Gas and Tohoku University. The consortium also collaborates withJapanese companies that have developed SOFCs. Our research activities
are listed below.

Fig.2 Cell-shape profiles of the experimental and thesimulated results at 800°C in air.

アノードの熱膨張の影響が大きいことからセルはカソード側が凹になる
ように変形し、アノード還元過程では、Ni が還元されてアノードが塑性変形することで、電解質では圧縮応力が減り、結果としてセルはカソード側が凹になるように変形した。実測評価とシミュレーションで、
アノードサポートセルの昇温過程でのセル変形プロファイルは実験と計算でよく一致していたが (Fig.2)、アノードの還元過程は一致しなかった (Fig.3)。この理由は実セルでは昇温過程前の初期の残留応力が大きかったためと考えられる。

教育活動

Lab member

Internal stress and cell deformation of ananode-supported solid oxide fuel cell
To ensure the durability and reliability of solid oxide fuel cells (SOFCs), we
aimed to investigate elastic and inelastic deformation as well as fracture
probability, considering the electrochemical, thermal and mechanicalproperties of SOFCs’ constituent materials. Although SOFCs are required tooperate for over ten years, an evaluation method for the cell’s structural
integrity has not been established. Two approaches—simulation techniquesand measurement development—were attempted to solve the problem. In
this study, we have developed equipment to measure the cell shape anddeformation under various conditions. Thermal stress analyses with a finite
element method (FEM) were also used to simulate the cell behaviors. The
comparison of both techniques’ results enables to discuss deformation
behaviors at an actual cell. For example, in an actual cell, the cell curves as
the cathode side becomes concave during the heating process. In the anodereduction process, the electrolyte releases compressive stress through theanode’s inelastic behavior. The expansion will make the cell shape so thatthe cathode side is convex. The results of the cell-deformation profile fromthe simulation and experiment agreed well with each other under a heatingprocess but differed in the anode reduction process. The simulations impliedthat the reason was initial residual stresses of the actual cell.

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Keiji Yashiro

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Educational activities
The lab members consist of 4 staff members (a professor, an associate
professor, a researcher, and a technical staff member) and 24 students( 1 Ph.D. student, 15 master students, and 8 undergraduate students), including
1 international student. 5 master students and 4 undergraduate students
graduated in March.

2019 年度の当研究室のメンバーは、教授 1 名、准教授 1 名、研究員 1 名、技術補佐員 1 名の教職員 4 名、博課学生 1 名、修士学生 15 名、学部学生 8 名の学生 24 名の延べ 28 名で構成され、うち留学生は 1名である。3 月には修士課程を 5 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。

Fig.3 Cell-shape profiles of the experimental and thesimulated results at 800°C in 1%H2.

Coexistence Activity Report 201919

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

Resources and Energy Security

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

教授 駒井 武准教授 渡邉 則昭

助教 中村 謙吾

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Takeshi Komai

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・エネルギー開発の基礎学術を基礎として、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。学術集会の主催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 studies in environmental sciences in the interest of a sustainable future. We have investigated the hydraulic propertiesof vuggy carbonate rocks as well as the hydraulic and mechanical properties of high-temperature fractured granite, particularly for effective developmentof petroleum and geothermal resources. Additionally, we have conducted a research on a new hydrogen production method using a reaction between hot
spring water and aluminum. Furthermore, we have initiated new research on the risk assessment of new hazardous chemicals, an in situ heating method
to produce methane hydrate resources, the reality of fluid flows in pore systems of soils, the risk assessment of coal and metal mining in developed
countries, and the origin of groundwater in field scale. We have developed new knowledge and several innovative methods for data-driven environmental
analyses.

Group Photo

Kengo Nakamura

地下水や鉱山の元素挙動の解析

Assessment of trace elements in groundwaterand mining( JICA との共同研究 )日本国外の調査（モンゴル , インドネシア, 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。

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，NEDO 受託研究）
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（超臨界／超高温地熱環境）での貯留層造成の可能性を検討するため、花崗岩の水圧破砕実験を実施した。その結果、貯留層としての利用が期待できる高密度透水性き裂ネットワークが形成されうることを見出した（Watanabe et al., Sci. Rep., 2019）。
またこの破砕メカニズムを応用することにより、CO2 などの低粘性

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／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（山藤 et al., 環境地質学シンポ）。

破砕流体を用いれば従来型地熱環境でも熱抽出に有利なき裂ネット

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.

らの成果に関する基調講演を行った。さらに、形成したき裂の透水性Research on the geo-environmental transfer
of topical materials

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 )有害物質の大気・土壌中の流れや分布メカニズムが 不透明であるため環 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（木下 et al., 環境 地質学シンポ , 中村 et al.,Deammonification 2019）。

Survey of paleotsunami deposits driven
by environmental data

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.

ワークが形成されうることも見出した（Pramudyo et al., SPWLA,2019）。加えて、国際岩の力学会（ISRM）の特別会議においてこれ制御の可能性を検討するため、花崗岩き裂の透水性に及ぼす応力レベルおよび間隙水圧の影響を透水実験を通じて検討した。その結果、ある特定の条件下において透水性が安定化あるいは増加することが明らかになった（Watanabe et al., Appl. Energy, accepted）。

高温油ガス貯留層／地熱貯留層の新・化学的坑井刺激法（JAPEX との共同研究）

150℃～ 200℃程度の火山岩油ガス貯留層あるいは地熱貯留層の新しい坑井刺激法として、選択的な鉱物溶解により浸透性を改善する手法を着想した。本年、高温で使用可能であるが生分解性も有する
特殊な薬剤を用いて特定の鉱物を迅速に溶解して浸透性を改善することを狙った、環境負荷と誘発地震の懸念が小さな本手法の実現可能性を検討するための室内実験を開始した。

Fig.1 Paleotsunami deposits core by geoslicer

20 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Geochemical survey in Botswana

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

Fig.4 Supercritical/superhot hydraulicfracturing experiment on granite

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

Creation and control of geothermal
reservoirs in supercritical/superhot
geothermal environments
We have conducted hydrofracturing experiments on granite with water at
supercritical temperatures. As a result, we have found the possibility tocreate dense networks of permeable fractures, i.e. geothermal reservoirs, insupercritical/superhot geothermal environments (above ca. 400 °C), which
is a new geothermal energy frontier (Watanabe et al., Sci. Rep., 2019).
Additionally, based on the mechanisms of this fracturing, we have foundthat an excellent fracture pattern, suitable for geothermal energy extraction,
may occur even in conventional geothermal environments if a low-viscosity
fluid such as CO2 is used as a fracturing fluid (Pramudyo et al., SPWLA,2019). We presented these results in a keynote lecture at a specialized
conference of the International Society for Rock Mechanics (ISRM).
Furthermore, we have conducted flow-through experiments on fractures in
granite to investigate how stress level and pore pressure influence thefracture permeability. As a result, we have found the possibility ofcontrolling fracture permeability, which may be stabilized or enhanced at
specific conditions (Watanabe et al., Appl. Energy, accepted).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

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Noriaki Watanabe

先進社会環境学専攻

資源・エネルギーの持続的開発と環境の持続の可能性

New chemical well stimulation for hightemperature oil/gas and conventional
geothermal reservoirs
We have proposed a method to enhance permeability through selective
dissolution of rock-forming minerals, as a new well-stimulation method
for oil/gas and geothermal reservoirs at 150 –200°C. This year, we haveinitiated some laboratory experiments to clarify the possibility of a new
method that uses a biodegradable chemical agent for rapid and selective
dissolution of rock-forming minerals.

Fig.5 Keynote lecture at the ISRM specialized
conference by Assoc. Prof. Watanabe

Fig.6 Wormhole formation by the selective
dissolution of minerals in a volcanic rockCoexistence Activity Report 201921

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

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

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

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

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、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

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

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

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（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、エネ体制御技術、等に分類できる。

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

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。

For solar cell application, we developed methods of synthesizing Cu-In
alloy nanoparticles, Cu-In-S nanoparticles, Cu-In-Sn alloy nanoparticles,
and Cu-Zn-Sn-S nanoparticles, and we applied these synthesized materials
to the formation 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
with low melting point to apply as bonding materials. Thermoelectricmaterials, fuel cell materials, and stratified photo catalysts with specificmorphology were also developed to apply these synthesized materials toenvironmentally friendly energy materials.

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.)

高橋（英）研究室所属の学生は、2019 年 4 月－12 月の期間に計 17
件の学会研究会発表を行った。本研究室では、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

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 Presentation of Mr. Tatsuichiro Nakamoto(DC2) at 225rd Electrochemical Society Conference(Dallas, USA)

22 Coexistence Activity Report 2019

生の留学を精力的に行っている。当該期間では、5 月に米国ダラスでResearch
To achieve industrial applications of transition metal/alloy nanoparticles
instead of precious metal nanoparticles, various procedures forsynthesizing these materials have been developed under low environmentalloading conditions. In particular, a method of synthesizing “uniform” and“well-crystallized” metal/alloy nanoparticles should be developed toutilize the uniform properties, selective and high-performance, suitablephase, and long lifetime. Moreover, materials synthesized for commercial
applications should have specific properties, such as high oxidative
resistivity and low addition of surfactants. We have developed a method ofsynthesizing 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
the predicted concentration of metal complexes in an aqueous solution as afunction of pH.

Fig.2 Presentation of Mrs. Yuki Asano (DC2) at 226rd
Electrochemical Society Conference (Atlanta, USA).

Fig.3 Presentation of Mr. Takuya Endo (MC2) at
2019 MRS Fall Meeting (Boston, USA).

開 催された 225rd Electrochemical society Conference 及び 9月に札幌で開催された Asian Pacific Confederation of Chemical
Engineering 2019 では DC2 の仲本龍一郎君が（Fig.1（ECS））
、10
月に米国アトランタで開催された 226rd Electrochemical society
Conference では DC2 の淺野有希さん（Fig.2）が、MC2 の遠藤拓也
君（Fig.3）及び及川大輝君（Fig.4）が 12 月に米国ボストンで開催された 2019 MRS Fall Meeting で発表を行っている。9 月に開催された資源・素材学会秋季大会では遠藤拓也君
（MC2）
、
及川大輝君
（MC2）
、
木村ほのかさん（MC1, Fig.5）、後藤光生君（MC1, Fig.6）、野崎純平
君（MC1）が発表した。DC2 の仲本龍一郎君は令和元年度環境科学研
究科奨学賞を、MC2 の遠藤拓也君は 2019 年度資源・素材学会若手
ポスター発表賞を受賞している。
そのほか、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、国内の学会にも積極的に参加し、成果の発表を行ってStudents from our laboratory attended seventeen international and domestic
conferences from April to December 2019. To develop members’ various
abilities, we recommended joining international conferences and studying
abroad (DC course students).
This year, Mr. Tatsuichiro Nakamoto (DC2) joined the 225th Electrochemical
Society Conference in Dallas (May, Figure 1) and the Asian PacificConfederation of Chemical Engineering 2019. Mrs. Yuki Asano (DC2,
Figure 2) joined the 226th Electrochemical Society Conference, held in
Atlanta (October). Mr. Takuya Endo (Figure 3) and Mr. Hiroki Oikawa(Figure 4) joined the 2019 MRS Fall Meeting, held in Boston (December).

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Mr. Takuya Endo (MC2), Mr. Hiroki Oikawa (MC2), Mrs. Honoka Kimura(MC1, Figure 5), Mr. Mitsuo Goto (MC1, Figure 6), and Mr. Jumpei Nozaki(MC1) joined the fall meeting of the MMIJ (The Mining and Materials
Processing Institute of Japan) (Kyoto, Japan, September). Mr. Tatsuichiro
Nakamoto (DC2) was awarded the Incentive Award from the Graduate
School of Environmental Studies, and Mr. Takuya Endo (MC2) received
MMIJ’s Young Poster presentation award.
We joined MMIJ’s spring and fall meetings and Tohoku branch’s spring
MMIJ meeting, as well as the Japan Society of Applied Physics (JSAP), andothers.
Moreover, we joined in various social activities, such as events addressing
natural energy, public lectures, and so on.

いる。また、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、様々な活動を行っている。

Fig.4 Presentation of Mr. Hiroki Oikawa (MC2)
at 2019 MRS Fall Meeting (Boston, USA).

Fig.5 Presentation of Mrs. Honoka Kimura (MC1)
at fall meeting of MMIJ (The Mining and Materials
Processing Institute of Japan) (Kyoto, Japan).

Fig.6 Presentation of Mr. Mitsuo Goto (MC1) at fallmeeting of MMIJ (The Mining and Materials Processing
Institute of Japan) (Kyoto, Japan).
Coexistence Activity Report 201923

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

准教授 トレンチャー グレゴリー

Professor （兼務）

Associate Professor

Noriyoshi Tsuchiya

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

Gregory Trencherており、現在では、水素（燃料電池自動車や再生可能エネルギー由来「以下、再エネ」の水素など）、石炭火力、再エネ、スマートシティ等、日本
にとって重要性が高い研究課題に取り組んでいる。当研究室の学生は、あらゆる社会科学分野における定性的・定量的な方法論を駆使して、エネ
ルギー転換や持続可能性の課題に関するガバナンスと政策について研究し、研究活動を通じて、実証研究とサステイナビリティ・トランジションやイノベーション論、政治学などの分野からの理論的枠組とを統合することを学んでいる。学生たちが現在取り組んでいるテーマは、石炭火力・再エネの政策、持続可能な消費の推進に向けたガバナンスなどが挙げられる。
Students in the International Energy Resources laboratory are conducting research about the governance and policy dimensions of energy and sustainability
challenges using a mixture of qualitative and quantitative techniques from the social sciences. Students learn to integrate empirical research with theoreticalframeworks from a variety of fields such as sustainability transitions, economics, innovation studies and political science. Current students are currently
working on topics related to the governance of coal power, renewable energy and sustainable consumption. Meanwhile, faculty research mainly focuses onenergy policy and the governance of energy and sustainability transitions. These include energy topics with relevance to Japan such as the governance ofcoal-fired power, hydrogen (including fuel-cell vehicles), renewable energy and smart cities.

日本企業の石炭火力関連事業の投資動向

企業の戦略に関する最先端の動向が明らかになった。

Following the drastic reduction of nuclear power generation after the
Fukushima nuclear disaster in 2011, Japan has upgraded and expanded its
fleet of coal-fired power plants, with several large power plants still underconstruction. At the same time, Japanese companies are investing in coalmining resources overseas while exporting coal-fired power planttechnology to developing countries, especially across Asia. These
investments in coal-related businesses are subject to increasing pressure
and criticism from domestic and international stakeholders such as the
Ministry of Environment, the United Nations, NGOs and scholars.
Meanwhile, the cost of renewable electricity is falling rapidly across Japan
while government policy is promoting its diffusion. This is creating new
business opportunities for Japanese companies to invest in renewableprojects domestically and overseas and reconsider the role of coal in futurebusiness strategies. These opportunities concern the many types ofindustries involved across the full value chain of coal including utilities,
general trading companies, plant equipment manufacturers and banks.
However, until now, there has been no systematic academic study that has
looked at how these four industries are investing in coal related businesses
and what sort of decarbonization strategies they are pursuing. Research inthis laboratory over the past year has filled this gap by gathering data frominterviews and documents (annual reports, company documents etc.) andcompiling a sector-by-sector analysis of the investment and decarbonization
trends in Japan’s coal related industries.

Fig.1 Commercially operating fuel-cell bus in frontof Tokyo Station (by Trencher)Fig.2 Honda Clarity FCV owned by Migagi
Prefecture (by Trencher)

福島原発事故を機に、全国の原子力発電所が全面的に停止して以降、日本で多くの石炭火力発電所の新設計画が進められてきた。同時に総合商社は海外の炭鉱に投資を行い続けつつ、大手の電力事業者と発電所設備メーカーと共に海外で発電所の開発を行っている。これらの石炭関連事業は、気候変動対策に逆行するとして国内外から批判を受けており、その中でも環境省、国連、NGO、学習者などからの発言が目立つ。一方、国内外において再エネ事業の費用が年々劇的に低下している中で、石炭火力関連の事業を持つ日本の企業は、脱炭素化に向けて再エネと石炭火力の投資配分を再検討している。この市場の動向は、上流の炭鉱から下流の発電所の開発まで石炭のバリューチェー
ン全体に関わる総合商社、電力事業者、設備メーカー、金融機関のビ

燃料電池自動車の普及に向けた日本の戦略
道路輸送の電動化を加速させるに当たって、多くの国は電気自動車（以下 EV）および 燃料電池自動車（以下 FCV）の導入 拡 大を同時に図っている（Fig1 & 2）。何れの技術は一長一短があり、かつ普及に当たっての共通の課題に直面している。これらの課題は次の通り 4つに分類できる。すなわち、① 供給側の課題（自動車の生産に関わる
技術的課題）、② インフラ（低炭素の電力・燃料の供給および充電ス
タンド・水素ステーションおよび関連設備の整備）、③ 需要側（自動車の購入喚起の創出）、④ 制度設計（イノベーションシステム全体の舵取り）である。近年、EV と関連インフラを対象とした投資が比較的多く行われているゆえ、FCV の導入拡大に関する先行研究は皆無に近い状況である。そこで本研究では、FCV の導入拡大に向けた日本政府
および企業の共同戦略に着目し、それらの課題、効果、求められている対策を明らかにした。この研究課題に取り組む上で、世界の中でも非常に野心的な FCV・水素ステーションの導入目標を掲げている日本
は、多くの有意義な示唆を与えた。
具体的な方法論としては、EV・FCV に関する先行研究から何れの普及に当たっての課題を抽出し、上述の 4 種類の課題によって構成される分析的枠組を展開した上で、それらの課題への対策を特定・評価するために日本の戦略を分析した。データは政府機関および関連企
業への聞き取り調査を通じて収集・分析した。その結果、供給側およびインフラ側の課題への対策は順調に導入されている。一方、需要創出の戦略は、補助金などいった消費者向けの経済的インセンティブに頼っている。また、制度設計については、多くのメーカーを巻き込んだ FCV の量産化および FCV 市場への自動車メーカーの新規参入が鈍化している、という傾向が明らかになった。そこで本研究は、それらJapan’s strategy to diffuse fuel-cell vehicles
To accelerate the electrification of road transport, numerous countries arepromoting the diffusion of both Electric Vehicles (EVs) and Fuel-Cell
Vehicles (FCVs) (Fig. 1 & 2). Both technologies hold unique advantages
and disadvantages while also facing common barriers related to diffusion.
These challenges may be classified into four categories: 1) supply-side(concerning the production of vehicles), 2) infrastructure (concerning the
preparation of low-carbon fuel/electricity and fueling/charging stations, 3)
demand-side (concerning the creation of societal demand for vehicles), and
4) institutional design (concerning the management of the entire innovation
system). Given the increasing investments and societal interest in thisarea, literature has mostly focused on EVs. Meanwhile, studies on FCVs
are much fewer. Also, while many studies highlight numerous diffusion
barriers for FCVs, knowledge on actual governance strategies to overcome
these is lacking. Filling this gap, this laboratory examined collaborative
governance measures involving government and industry in Japan toaccelerate the development and diffusion of FCVs. Japan is an excellent
case to consider these challenges as this country has arguably the world’s
most ambitious diffusion targets for FCV vehicles and related
infrastructure.

Coal-fired electricity and investment trends

ジネス戦略に影響を及ぼしている。しかし、これらの全ての市場プレ
イヤーの石炭関連事業の投資および脱炭素化の戦略を体系的に分析する先行研究はない。そこで本研究では、上記の企業を対象とし、聞き取り調査および関連文献資料（年次報告書、プレスリリースなど）を通じて、セクター毎に石炭関連事業および脱炭素化戦略を分析した。
これで日本における所謂「ダイベストメント」および脱炭素化に向けた

Department of Environmental Studies for Advanced Society

当研究室では、主に社会科学の観点よりエネルギー政策およびエネルギー・サステイナビリティ転換のガバナンス（舵取り）に関する研究を行っ

The study used the above 4-level framework to examine governancestrategies in Japan, challenges and potential ways to overcome these. Data
were sourced from document analysis and expert interviews. Findings
reveal robust measures to tackle supply-side and infrastructure challenges.
Conversely, demand-side measures completely rely on public subsidies
and lack regulatory measures to stimulate vehicle demand. Also,
institutional strategies to increase the pool of FCV makers are lacking
visible outcomes. The study thus lays out several policy suggestions to
overcome these unresolved challenges.

の課題に対して打開策を提示した。

24 Coexistence Activity Report 2019

Coexistence Activity Report 201925

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
Professor

Imoni BBQ party

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。

日本におけるエンジン用鋼材の動的マテリアルフロー分析
自動車用エンジンには鋼材やアルミ等の金属、シリンダーヘッド・
ブロック、クランクシャフト、バルブなどの有用部品が多く含まれれており、現代社会において良くリユース・リサイクルされる製品の代表である。一方、従来の素材リサイクルでは、熱力学的な制約で物質や製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.

品機能の損失は不可避である。対して、リユースやリマニュファクチャ
リング、リペア、リファービッシュなどの促進は、製品寿命を延長することで、物質や機能の保持に有効な手段であると考えられている。本
研究では、エンジンに含まれる鋼材に着目し、リサイクルと比較した
リユース・リマニュファクチャリングの導入による資源循環経路の経時変化の解析、または物質・機能の損失回避効果の定量化を実施した。
分析結果に基づき、現実の産業構造に基づく物質フローと整合を取りつつ、実行可能な選択肢の中からこれら手段の最適な組み合わせと優窒素は肥料として食料生産量の増加に大きく貢献するだけでなく、身の回りのあらゆるモノに含まれている。窒素を含む物質（窒素化合物）は私たちの生活に大きな恩恵をもたらす半面、大気中の窒素を利用しやすい形態（反応性窒素）に変えるためには大量のエネルギーを消費する。また硝酸やアンモニア、窒素酸化物の形で環境に排出されれば、大気や水質を汚染する。反応性窒素の生産から環境排出までの流れ
や需要の変化を追うことは、供給量のコントロールによる反応性窒素製造におけるエネルギー消費の削減や、将来的に環境に排出されるであろう反応性窒素のポテンシャルを考えるうえで重要である。本年度は日本における産業を含めた反応性窒素のマテリアルフロー分析および産業連関分析を行った（Fig.1-2）。

Material flow analysis and IO analysis ofreactive nitrogen
Nitrogen is an essential element for food production, and nitrogencompounds significantly benefit our everyday lives. However, the processof fixing nitrogen into reactive nitrogen consumes a significant amount ofenergy. Furthermore, emissions such as nitric acid, ammonia, and nitrogenoxide pollute the atmosphere and hydrosphere. Given these factors,
evaluating the flow of reactive nitrogen from production processes andidentifying the reactive nitrogen demand created by industrial activities are
essential to improving the management of nitrogen related environmental
issues. We conducted a reactive nitrogen flow analysis of the Japanese
economy and an input-output analysis of reactive nitrogen in Japaneseindustries. (Figs.1-2).
[Award]K. Katagiri, M. Mizoguchi, K. Matsubae, T. Nagasaka, The ILCAJ Best Paper
Award, (ILCJA) 10 Mar. 2020

【受賞】片桐究、溝口修史、松八重一代、長坂徹也、

先順位を求めることが可能となった（Fig.3）。
【受賞】張政陽（博士後期課程 3 年）優秀ポスター発表、
第 1 回環境科学討論会、2019 年 6 月 28 日（Fig.4）

インドネシアにおける石炭鉱山の土地修復活動のインベントリ分析
土地修復活動は鉱山採掘を行った後、閉山前の環境回復を目的として行われるものであり、責任ある資源調達を拡大する上でますます重要な活動となってきている。ここでは、インドネシアにおける石炭鉱山を事例としたインベントリ分析を行った。分析の結果、土地修復には費用がかかるが、その後修復される森林が吸収する二酸化炭素を市場価格に換算すると、そのコストに対して 2.5 倍の便益があることも明らかになった。
【学会発表】Imam Eko Setiawan and Kazuyo Matsubae,

ISIE 2019, Tsinghua University, 8-11, July, 2019 (Fig.5)

Dynamic material flow analysis of the steel
cycle in engines in Japan
Automobile engines are made of a variety of metals such as steel andaluminum, and they include many useful parts such as cylinder blocks,
crank shafts, and valves. When they reach the end of their service lives,
these parts are often reused, and the metals are recycled as secondary
materials. However, the engine’s original materials and functions are still
inevitably lost during conventional material recycling processes due
largely to the principles of thermodynamic restrictions. In contrast, direct
reuse, remanufacturing, repair, and refurbishment approaches that arefocused more on extending product lifetimes could help reduce thesematerial and functional losses. In this study, we focused on steel used inengines to identify major changes in the material flow in Japan over timeby comparing engine recycling with reuse and remanufacturing andquantifying the impacts of reuse and remanufacturing on material andfunctional loss reduction. Our outcomes help to create the best combinationof individual approaches from feasible options consistent with thematerials flow based on the actual industrial structure (Fig.3).

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製造産業をふくめた反応性窒素フロー分析
および産業連関分析

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[Award]Zhengyang Zhang (D3) Best Poster Award, 1st Academic For um on
environmental studies, 28 Jun. 2019 (Fig.4)

Inventory analysis of land rehabilitation at a
coal mining site in Indonesia
Mining reclamation and rehabilitation activities, as part of mining
operations, commonly progress through an excavation or production stage
that lasts throughout the mine’s lifetime, even after the mine is closed anddecommissioned. Our study examined the process of reclamation andrehabilitation through a case study on primary coal mining in Indonesia.
We found that the benefits of rehabilitation activities were roughly 2.5
times the mine’s emission costs.
[Poster presentation]
Imam Eko Setiawan and Kazuyo Matsubae, ISIE 2019, Beijing, 8-11 July 2019
(Fig.5)

日本 LCA 学会論文賞（日本 LCA 学会）2020 年 3 月 10 日

Fig.3 Transition in the composition of the stocks of steel
Fig.1 Reactive nitrogen flow map in Japan (2011)26 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Top 10 industries with NH3 originated Nr derived by
final demand in manufacturing industry

Fig.4 Best poster award(Zhengyang Zhang (D3))

Fig.5 Poster presentation in ISIE2019
at Tsinghua University, China (ImamEko Setiawan (M2))
Coexistence Activity Report 201927

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

環境調和型新素材素子製造と新たな資源循環システムを目指して教授 白鳥 寿一

教授 鳥羽 隆一

准教授 下位 法弘

助教 大橋 隆宏

Professor

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Toshikazu Shiratori

Ryuichi Toba

Norihiro Shimoi

Takahiro Ohashi

での結果に基づいて、GIS（地理情報システム）を使用して、二次原料から除去していくべき必要のあるリサイクル可能な材料と有害画分の効

DOWA 寄付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、
・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
・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果的な収集方法に関する分析を行っている 。また、再生可能エネルギーの若い研究者が日本側の経験とタイ側の現状を共有している。

Due to the spread of renewable energy, disposing of end-of-life PV
modules from solar power plants will soon become a problem. We havebegun to research a deterioration mechanism of parts in the modules andthe social collecting systems for them. In addition, in the Kingdom ofThailand, we continue to respond to a new law focusing on groundwater
monitoring for factory pollutants. In 2019, we held a “Seminar for
Sustainable Remediation of Contaminated Sites in Thailand and Japan,”and the young researchers of both countries shared their experiences on
the Japanese side and the current situation on the Thai side.

[ 環境材料政策学分野 ][ Study of Functional Materials ]環境負荷低減に関わる研究

Research for Reducing the Environmental Loadの普及により、太陽光発電所で寿命を終えた PV モジュールの廃棄に関しては問題化することが明らかである。そのため、モジュール内の部
品の劣化メカニズムと、廃棄時の社会的収集システムの研究を始めた。

を研究テーマにして研究活動を推進する。

さらに、タイ王国では、工場からの汚染物質の地下水モニタリングに焦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 both manufacturers and the high-consumption society. Research in this division is categorized mainly into (a) establishing processes ofvaluable material resources released in society and controlling, recycling, and disposing of them efficiently and safely, and (b) inventing the preparation offunctional materials that can nurture environmentally friendly engineering applications, such as electronic devices with less impact on the environment.
The research activities of the geosphere environmentalogy division were separation, decomposition, and migration control of pollutants such as heavy
metals. Technologies related to the development of materials for concentrating and retaining rare metals are also being researched. On the other hand, thestudy of the functional materials division focuses on mass production of inorganic materials for electronic, photonic, and energy storage devices. Thesematerials are prepared using solution synthesis or a dry process such as arc discharge evaporation. Research on the control of environmental materials
focuses on the development of technologies for applying carbon nanotubes for light-emitting devices and modifying a negatively charged material for the
purpose of future Li-ion rechargeable batteries.

汚染サイトの持続可能な修復のためのセミナー」を開催しました。両国点を当てた新しい法律に引き続き対応している。 今年は「タイと日本の当研究室では、紫外領域での受発光デバイスの開発を行っている。
受光素子に関しては、昨年度までは Schottky 型構造での構造適正化を図ってきたが、本年度は PIN 型構造を主に検討を行った。受光層を Insulating 層とし、p 型 層と n 型 層で挟んだ構造であるため、PIN 構造と言われる。Fig.3 は本デバイス構造の模式図であり、光照[ 地圏環境政策学分野 ][ Geosphere Environment ]循環型社会構築に関わる研究

Research for the Circular Economy

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・社会システムなどの研究のほか、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。循
環型社会システムの観点からは、宮城県循環型社会システム構築事業
を他の研究室と 3 年間推進している。これは､ 県内の廃棄物由来の資源をより循環させるために、今まで電子廃棄物の研究で培った EU の社会システムなどを踏まえ、社会と技術の両側面から調査研究を行い､県に提言するものである。プロジェクトの最終年となる本年は、これまFig.1 The potential of WEEE generation in Miyagi on GIS.

We are mainly focusing on the development of recycling technology and awaste electrical and electronic equipment (WEEE) social collecting
system, as well as controlling contaminants in geosphere environments.
From the circular economy viewpoint, we have promoted the recyclingbased social system construction project in Miyagi prefecture with otherlaboratories since 2017. The aim of this project is to develop a strategicplan for producing secondary raw materials from waste disposed inlandfills. Because it relates the both technical and social aspects, we canput the experience of researching EU regulations to use. In 2019, which isthe project’s last year, based on the results to date, we are conducting

Fig.2 Remediation seminar and site visit in Thailand.

analysis on the effective collection of recyclable materials and hazardous
fraction that have to bleed off from secondary materials using theGeographic Information System (GIS).

射はサファイア基板側からとしている。各 AlGaN 層のＡｌ組成は、サファイア基板側から受光層間で順次低減した層構造とし、受光波長よりも短波長側の紫外光はカットしている。
デバイス作製にあたり、ｐ型ドーパントである Mg の活性化処理として窒素雰囲気中で熱処理を行う。次いで BCl3 系ガスを用いてドライエッチング加工を行い、素子間分離およびｎ型オーミックコンタクト層
を部分的に露出させる。ｎ層上には Ti/Al 電極を形成し、p 層上には
Ni/Au 電極を形成してそれぞれに対してオーミック電極を得た。
Fig.4 は、得られた PIN 構造デバイスの零バイアス時の分光受光感度特性を示すもので、受光感度ピーク波長λ p は 270nm、応答度

Fig.3 Device structure of the AlGaN PIN photodetector.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Towards Establishing Environmentally Benign Material Synthesis
and Devices and New Material Circulation Systems.

28 Coexistence Activity Report 2019

先進社会環境学専攻

地圏環境政策学分野
環境材料政策学分野
環境物質政策学分野

In our laboratory, we developed deep ultraviolet-light emitters andphotodetectors. Schottky-type photodetectors have been developed in recent
years. In this year, we developed the capability to add a PIN structure to
photodetector devices. The PIN has a structure in which an insulating layer isused as an active layer and is sandwiched between a p-layer and an n-layer.
Figure 3 shows a cross-section of the device; the ultraviolet light is irradiatedfrom the side with the sapphire substrate. The AlGaN layer reduces the shortwavelength light between the sapphire substrate and the active layer. The
device fabrication procedure is as follows.
First, heat treatment was performed in nitrogen to activate Mg as a p-type
dopant. Next, dry etching (using BCl3) was performed to isolate the devices
and to expose an n-type Ohmic contact layer. Finally, Ti/Al and Ni/Au
electrodes were deposited on n-type and p-type layers, respectively. Fig.4
shows the spectral responsivity of an AlGaN PIN photodetector under zero
bias. The peak wavelength is 270 nm and the photo responsivity is 95 mA/W
(Q.E.: ~ 45%). Table 1 summarizes the sensitivity comparison of PIN,
Schottky, and Si PD. The PIN type achieves three times higher sensitivity
than the Schottky type and seven times higher sensitivity than Si PD.

Fig.4 The spectral responsivities of the AlGaN PIN photodetector.
Coexistence Activity Report 201929

は 95mA/W( 量子効率：45％ ) と非常に感度の良い特性を示した。

ルギー障壁から電子が外部に放出されるモデルを表しており Fig.5 にモデルの概要を示す。F — N 型電子トンネリングは電子がエネルギー

窓付 Si 受光素子との比較を示すが、Schottky 型に比べ３倍強、Si PD

障壁を通過する前後でエネルギーが損失しないモデルで構築されていに比べ 7 倍強の高感度化が実現できている。

る（＝弾性型電子トンネリング）。しかし通常の SWCNT から FE に
よって電子が放出される場合、電子が SWCNT 内部を通過する場合[ 環境物質政策学分野 ]と外界に放出される場合で電子エネルギーの損失率が異なることを見出し、電子が SWCNT 内部を通過する時は非弾性型電子伝導、外界

低炭素社会構築に関わる研究による FE 特性

モデルの組み合わせを考案した。その結果、SWCNT 内を通過する
Table 1 The comparison of spectral responsivities
between AlGaN PIN, AlGaN SB and Si PD.

ることを予測し、量子力学的電子トンネリングモデルから電子がエネ

熱伝導性、剛性など特徴的な様々な物理化学的特性を持つナノサイ
して電界電子放出（FE）機構による電子放出源が挙げられ、現在も応用研究開発が進められている。しかし CNT による FE 特性は電子放出のちらつき、電子放出のライフ安定性および CNT 同士の電子放出の不均一性など実用に係る信頼性に劣っているため、実用化が困難であった。そこで我々はアーク放電で合成した単層カーボンナノチューブ（SWCNT）の高結晶化処理技術を開発し FE 特性の改善を進めている。現時点では湿式プロセスを用いた SWCNT 均一分散に成功しており、世界初で面内均一に電子放出する平面型 FE 電子放出源の基礎構築に成功している。またアーク放電で合成された SWCNT の7 ～ 8 割は半導体型の電気特性を有しており、SWCNT の電子物性およびエネルギーバンド構造から FE 特性について金属型 SWCNT より低駆動電圧で多量の電子放出することが知られている。そこでアー
ク放電合成 SWCNT から半導体型の導電性を持つ SWCNT を抽出＆高結晶化処理を施し、上述の電子源構築技術を利用して半導体型
高結晶性 SWCNT（hc-SWCNT）のみで平面型 FE 電子源の構築しつつ FE 物理特性の評価を行った。
電界電子放出（FE）特性の基礎となる理論的な電子放出のモデル

として、Fowler — Nordheim（F — N）型電子トンネリングが存在する。
FE 電子源の電子放出部に電界が集中し、電子から見て薄くなったエネ

成するカーボンネットワークには欠陥が存在し、我々は SWCNT 内部
を通過する電子の伝導を阻害する何かしらのエネルギー障壁が存在す

カーボンナノチューブ（CNT）は繊維状の形状を持ち、化学的安定性、ズの炭素材料である。その CNT を電子部品として活用する応用例と電子はバリスティック伝導性を有することを見出した。SWCNT を構[ Control of Environmental Materials ]ルギー障壁を通過する際に非弾性的に障壁をトンネルするモデルを推Research for the Establishment ofa Low-Carbon Society

したパワースペクトルの基本式

Carbon nanomaterial is drawing keen interest from researchers andmaterials scientists. Carbon nanotubes (CNTs) — and their nanoscaleneedle shape —offering chemical stability, thermal conductivity, andmechanical strength exhibit unique properties as a quasi-one-dimensional
material. Among the expected applications, field emission electron sources
appear the most promising industrially and are approaching practicalutilization. However, efforts to construct a field emission (FE) cathodewith single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have so far only helped
average out a non-homogeneous electron emitter plane with large FE
current fluctuations and a short emission life-time because they failed torealize a stable emission current owing to crystal defects of the carbon
network in CNTs. The utilization of CNTs to obtain an effective cathode,one with a stable emission and low FE current fluctuation, relies on theability to disperse CNTs uniformly in liquid media. In particular, highly
crystalline SWCNTs (hc-SWCNTs) hold promise to obtain good stability
and reliability. The author successfully manufactured hc-SWCNTs-based
FE lighting elements that exhibit stable electron emission, a long emission
lifetime, and low power consumption for electron emitters. This FE device
employing hc-SWCNTs has the potential to conserve energy through low
power consumption in our habitats.

測した。そのモデルをベースに非弾性電子トンネリングモデルを考慮を表すことに成功した。下記

式の主要パラメータを Table2 に示す。

hc-SWCNT から得られる FE 特 性は、 高 温 高 真 空 アニール 処 理（＝高結晶化処 理）の有無で IV 特 性が異なることが 判明し、これは結晶 欠陥がある SWCNT が 非弾性電子トンネリングと FowlerNordheimトンネリング理論を組み合わせた電子伝導モデルから成り立っていることが解明された（Fig.6）。電子が SWCNT の内部を通過する際、CNT の結晶欠陥がもたらすエネルギー障壁により電子の流れが阻害され、それが IV 特性の劣化の要因になっている。さらに半導体型 SWCNT の FE 電流は様々な周波数成分を持った電流揺らぎの集まりで構成しており、FE 電流の経時的揺らぎによるパワースペク
トル解析からも SWCNT の結晶欠陥が電子伝導性を悪化させていることが理論的に解明した。CNT の理論的特性として提唱されていた
バリスティック電子伝導性は CNT の結晶性に依存して発現しており、今回は hc-SWCNT を用いた FE 特性評価から検証することに成功した。以上の結果より、hc-SWCNT は電子材料として有効な材料であDepartment of Environmental Studies for Advanced Society

高結晶性単層カーボンナノチューブ (SWCNT)に放出する時は弾性型電子放出がなされるという 2 つの電気伝導性

We applied hc-SWCNTs as the field emitters of planar lighting devices.
The homogeneous dispersion of hc-SWCNTs is one of the essential design
requirements in the fabrication of electronic devices. We have succeededin the homogeneous dispersion of hc-SWCNTs for the first time in theworld. The hc-SWCNTs are expected to improve the FE properties
significantly compared to those of devices produced with conventional
materials. The thin films fabricated from hc-SWCNTs are expected toserve as field emitters that can emit ballistic electrons and realize low
power and energy consumption. However, the SWCNTs currently used invarious applications have crystal defects that hinder the emission ofballistic electrons. Therefore, we examined the conductivity of electrons
passing through SWCNTs by simulating the crystal defects in SWCNTs asenergy barriers in the inelastic electron-tunneling model. First, we
succeeded in obtaining almost identical homogeneous dispersion states
between hc-SWCNTs and SWCNTs with crystal defects to examine their
FE properties. We then fabricated field emitters using hc-SWCNTs and
SWCNTs with crystal defects under similar conditions, (i.e., almost
identical density of SWCNT bundles exposed in the scratched grooves,diameter of dispersed SWCNT bundles, and distance between neighboring
SWCNT bundles exposed in the scratched grooves). A significant
difference was observed in the FE properties depending on the crystallinityof the SWCNTs. The results indicate that a low-threshold field and driving
voltage are obtained for the field emitters using hc-SWCNTs. It isconsidered that the crystal defects in SWCNTs deteriorate the electricalproperties compared with those of hc-SWCNTs. The mechanism behind
this can be explained by the energy loss based on inelastic electron
tunneling. In this study, we considered that the tunneling of electrons in
the vicinity of a crystal defect that acts as a rectangular potential barriercauses the energy loss. We also succeeded in developing a model of theflow of electrons (current) in SWCNTs using the fluctuation of tunnel
current. The tunneling matrix based on the rectangular potential barrier is
an important parameter in developing the inelastic electron-tunnelingmodel and was used to obtain power spectra. The model for SWCNTs withcrystal defects was obtained by combining the F-N tunneling model withthe power spectrum obtained using the tunneling matrix. From the above
results, hc-SWCNTs were found to achieve almost zero energy loss ofelectrical conductivity and can be used in energy-saving field emitters. We
have given a brief explanation of the effect of the increased crystallinity of
SWCNTs synthesized by arc discharge on their electrical conductivity andthen described the development of a conduction model for electrons thatpass through the crystal defects of SWCNTs. The hc-SWCNTs are
expected to be used as field emitters with stable FE.

先進社会環境学専攻

Table 1 に Schottky 型構造で得られた結果、市販の干渉フィルターることを確認した。

Fig.5 Schematic diagram of Fowler–Nordheim (F–N) tunneling.

30 Coexistence Activity Report 2019

Fig.6 Fitting of simulation results to experimental current
density-electrical field characteristics.

Table 2 Parameters used in the theoretical calculations.
A and β were obtained from our simulation results.

Coexistence Activity Report 2019

31

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

資源環境研究部門（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、本講座では環境科学専攻の教員・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

適正な地熱開発手法に関する研究
地下や地域の特性に応じて総合的かつ柔軟に地熱システムの設計・
開 発を行うための方 法 論（Overall System Design: OSD） や加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 2019 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 monitoring system of environmental burden associated with geothermal development, and (d)studies on social acceptance of geothermal development. Research and development to simulate industries in areas stricken by the 2011 earthquake havebeen also conducted.

圧注水による貯留層の能力改善に関する研究を実施している。また、
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開発を行っている。

事業を実施している。

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を実施している。また、経産省からの委託事業として超臨界地熱資源開発時の岩体挙動シミュレータの開発、高温坑井用坑内機器用基礎技術・素材の開発等を実施している。

微小地震や自然電磁波による地熱貯留層の高精度モニタリング
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
震および自然電磁波計測を実施し、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・反射解析等の最先端の技術を適用し、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の超高分解能探査技術の研究開発を実施している。

Fig.1 Model of typical supercritical
geothermal system

32 Coexistence Activity Report 2019

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 subduction of oceanic plate, in cooperation with scientists and engineers
worldwide. With funding from NEDO, detailed feasibility studies havebeen conducted to establish several tens of GW of total capacity in/after
2040 from scientific, engineering, and economic perspectives. METI has
also funded our team for (a) development of simulators of dynamic andhydraulic behavior of supercritical rock body and (b) development offundamental technologies and material for supercritical boreholes.

国際貢献、社会貢献、他研究機関との連携等●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：ICDP 委員、J-DESC 陸上掘削部会執行部委員、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

Microseismic and magneto-telluric
monitoring of geothermal reservoirs

GFZ、LBNL、LLNL、BNL、SNL、USGS、BRGM、ベルリン自由大学、

Microseismic and magneto-telluric (MT) monitoring of geothermal
reservoirs associated with treatment injection has been carried out at
Yanaizu-Nishiyama Geothermal Site in Fukushima since 2015 to reveal thereservoir’s response to treatment water injection by researchers in the lab.
Modern techniques in seismic signal processing, including reflection andscattering analyses, have been developed and applied to microseismic data
sets from various geothermal sites worldwide. Moreover, fluid behavior
inside/around the geothermal reservoirs has been successfully imaged.

福島県、山形県、郡山市、気仙沼市等

Fig.2 Simulation of creation process of
EGS at FORGE site

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

チューリッヒ工科大学、MIT、PSU、ITB、ISOR 等●自治体、NPO 等との連携●小中学校等との連携
浅沼：出前授業（４回）

Fig.4 Monitoring system of hot springs for coexistenceof geothermal power generation and hot springs

Studies have been conducted to establish a development methodology
under a concept of overall system design (OSD), which has a flexible
nature to fit social and subsurface conditions gradually revealed in thedevelopment. Gas and hot spring system monitoring, which enables us
to collect scientific data for proper development, has also been
conducted in the lab.

Technological support of local industries

被災地企業の技術支援
復興予算を使用して、被災地企業が有する技術シーズの実用化支援

超臨界地熱開発に関する研究

Research on proper development ofgeothermal resources

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

Ming Zhang

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, the US,
Italy, New Zealand, and Iceland, mainly in the area of ultra-high temperaturegeothermal development.
●Social contribution
Prof. Asanuma has been a board member of international/domestic scientificdrilling projects. He has also been an evaluation/advisory committee 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 the lab.
Prof. Asanuma made three “delivery lectures” about renewable energy.

Fig.5 A prototype of borehole scanner for
geothermal wells

Fig.6 Outreach activity at FREA Open-day

Coexistence Activity Report 201933

都市環境・環境地理学講座

Urban Environment and Environmental Geography

環境地理学分野（自然 / 人間環境地理学） Physical and Human 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

助教 関根 良平

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。

Ryohei Sekine

犯罪の時空間解析（担当：中谷）健康地理学と犯罪地理学とは、環境指標と人間行動の関連性への着目、ならびに集団的な現象の時空間的な傾向を分析する視点（空間疫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.

学的視点）の両面において多くの問題関心を共有している。また、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も実施しており、各種のソフトウェアの開発・サポートも行っている。2019年においては、文化財の犯罪被害に関する新聞記事を通した文化財犯罪の実態分析（谷崎・中谷 , 2019）のほか、各種警察機関において犯罪発生の動向とその対策に関する取り組みの議論に貢献した。方法論研究としては、時空間的な犯罪発生の傾向を効果的に視覚化す
る時空間カーネル密度推定を GIS 環境上で可能とするアプリケーショ

健康地理学（担当：中谷）本研究分野では、健康を地理的な視点から解析する。多様な死因等からみた健康の地理的格差を可視化し、その社会経済的な格差の推移を確認した研究成果は、The Atlas of Health Inequalities inJapan (Springer)(Fig.1) として出版され、「失われた 20 年」の間研究分野では、健康科学領域の共同研究者とともに、各種の疾患の罹患・死亡、身体活動量、自覚的健康度などの健康アウトカムと環境指標との関連性を、地理情報処理や空間統計分析などを駆使して分析している（中谷 2019、中谷・埴淵 , 2019）。居住地域の環境特性とは、大気汚染や熱などの物理的な計測値に基づくものから、近隣
セス（walkability）など多様である。出版された成果物には、アス
ベスト曝露と関係する中皮腫死亡（Zha et al., 2019）、地理的剥奪と死亡リスクを媒介する食行動との関係（Kurotani et al., 2019）、
walkability と 身 体 活 動 (Koohsari et al., 2019) 等 の 研 究 が ある。環境特性の計測方法も研究課題に含まれ、景観画像を利用した

This research group investigates population health from the geographic
perspective. A series of geo-visualization and socioeconomic inequality
measures about Japanese health inequalities using various cause-specificmortality data was compiled in The Atlas of Health Inequalities in Japan(Springer). The atlas indicates that geographic health inequalities havewidened during “the lost decades.” With collaborators in the field of healthsciences, we have also extensively studied the associations of healthoutcomes such as morbidity and death of various diseases, physicalactivity, and subjective health with neighborhood environmental indicesusing geographic information systems and spatial statistical analysis(Nakaya, 2019, Nakaya and Hanibuchi, 2019). Neighborhood environmental
characteristics vary from those based on physical measurements such as
air pollution (Zha et al., 2019), heat, and scattered asbestos concentrationsin the air to those based on social deprivation (Kurotani et al., 2019) andwalking-based accessibility to local resources such as park or shopping
facilities (Kooshari et al., 2019). Developments of methods to measurethese environmental characteristics are also included in our research area.
In 2019, we published studies on topics such as auditing of street landscape
images (Hanibuchi et al., 2019) and space syntax measures of road
networks (McCormack et al., 2019).

ンを公開した (Fig.2)。また、地理的な変動係数モデルである地理的加重回帰法（GWR）の信頼性に関する包括的なシミュレーション研究（Murakami et al., 2019）などに貢献した。

E コマースの浸透と都市空間の変容：
中国内モンゴル自治区呼和浩特市を事例に（担当：関根）呼和浩特市には大学が集中し、キャンパスの周辺は大学生を顧客とする書籍やファッション関連の小売店、ネットカフェなどが集積する地区が展開している (Fig.3)。しかし、中国では急速にキャッシュレス決済や BtoC の E コマースが浸透しており、その過程で学生街から従来型の学生向け商材を扱う店舗が姿を消し、代わって屋台で営業していたテイクアウト型食料品の店舗やコーヒーを主力とするカフェが多数展開するようになった。2019 年度はその景観変容プロセスとともに、Health geography and crime geography share many interests in both targeting
the relationships between environmental indicators and human behaviors andanalyzing the spatio-temporal trends of collective human behaviors/events(spatial epidemiological perspective). This research group has also conducted
methodological studies on spatial data analysis and geographic information
processing with software developments and their maintenance. In 2019, we
carried out an analysis of the spatio-temporal tendency of heritage crime attemples and shrines using newspaper article databases (Tanizaki and Nakaya,2019), as well as contributed to various crime analysis activities at various
police departments. Regarding the methodological studies, we released an
application tool that enables space-time kernel density estimation, which
effectively visualizes the space-time trend of crime occurrence in a GIS
environment. In addition, a paper on simulation-based reliability testing ofgeographically weighted regression models was published with aninternational research group (Murakami et al., 2019).

E-Commerce Development andTransformation of Urban Space: A Case Studyof Hohhot City, Inner Mongolia, China
by R. Sekine

Hohhot City has many universities. The area around a university campus
is where college-oriented bookshops, fashion-related retail stores, andinternet cafes are concentrated. Meanwhile, cashless payments and B-to-C
e-commerce are rapidly penetrating China. In the process, stores that selltraditional student merchandise have disappeared, and many take-out
grocery stores that used to be stalls as well as cafés have opened. In 2019,the landscape transformation process and dynamics of responding to
e-commerce were clarified through interviews with storeowners.

店舗オーナーなどへの聞き取り調査を実施し、その背景にある E コマー
ス化への対応のダイナミクスを明らかにした。

Hanibuchi et al. (2019) や道路網のスペースシンタックス指標を利用した McCormack et al. (2019) などの成果を出版した。

Fig.1 Book cover of The Atlas of Health Inequalities in Japan

34 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Space-time kernel density tool for ArcGIS pro: visualising
space-time crime concentration in one-day as ‘clouds’

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

住民との社会関係（社会関係資本）や徒歩に基づく地域資源へのアク

by T. Nakaya

by T. Nakaya

先端環境創成学専攻に、健康の地理的格差が拡大していることを明らかにした。また、本Health Geographies

Space-Time Analysis of Crimes

Fig.3 Student town with a large number of take-out
grocery stores, Inner Mongolia, China.
Coexistence Activity Report 201935

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

生量は NC と比較して有意な差がみられなかったことから、褐炭を使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用した試料では水素還元が起こっていると示唆される。今後は鉄鉱石を推進している。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、排熱の有効利用等の研究を行っている。

の還元率に対する揮発成分の影響を定量的に調査する予定である。

さらに、繊維状および多孔質金属の形態制御、固相変態を利用した蓄熱体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。
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, preparation of high-quality burdens of the blast
furnace, reduction of CO2 emissions, and utilization of waste heat. Further, the research and development of the morphology control of fibrous and/or porous
metals, heat storage materials using solid phase transformation, and self-healing ceramics are performed.

充填層内鉄鉱石焼結過程で発生する
微小粒子状物質に対する硫黄の影響
PM 2.5 は空気力学的直径 2.5 µm 以下の微小粒子状物質（PM）として知られている。とりわけ、中国では PM 2.5 の排出が深刻な問題になっており、その主要固定排出源の１つが製鉄所である。中でも鉄鉱石を塊成化させ焼結鉱を製造する焼結プロセスからの発生量は工業由来の排出量全体の 2.6% を占める。日本国内でも年間約 1 億褐炭を用いた炭材内装鉱の還元機構
高炉では粗鉄（銑鉄）を製造するため、石炭を乾留して製造されるコークスを主な還元材および熱源として用いている。原料炭の急激な価格変動と枯渇化は、鉄鋼業にとって深刻な問題である。そのため、低品位（固定炭素割合が低い）資源の有効利用が期待されている。中でも褐炭 (Brown Coal, BC) は埋蔵量が極めて多く安価であり、安定供給が期待できる。しかし水分を多く含むため、事前処理を経ない
プでは、褐炭と似た性質を有する未炭化バイオマスと鉄鉱石を用いた炭材内装鉱を調製し、金属鉄への還元に成功している。炭材内装鉱とは、Fig.2 に示すように鉱石と炭材の近接配置により低温高速還元を実現する複合原料である。本年は、褐炭を用いて調製した炭材内装鉱の還元実験を通して、その還元メカニズムを明らかにすることを目的
Fig.3 に褐炭 1、2 (BC1、BC2) および原料炭の１つである非微粘結炭（NC）の 1200℃到達時還元率に対する Total-C/O（試料中炭素と酸化鉄中酸素のモル比）の影響を示す。還元率とは酸化鉄中の酸素が除去された割合と定義されている。BC1,2 とも Total-C/O の増加と共に還元率が上昇している。また同じ Total-C/O では BC の方が NC よりも還元率が高い。別途測定した CO および CO2 ガス発

Fig.1 Strategy to reduce CO2 emissions
from the ironmaking processes.

36 Coexistence Activity Report 2019

検討は重要である。そのためには焼結工程における原料の賦存状態を考慮した基礎的検討が望ましい。主要な凝結材であるコークスには一Blast furnace ironmaking mainly utilizes coke, which is made of coalthrough its carbonization, as a reduction agent and heat source. Drastic
price fluctuations and depletion of coking coal are serious issues in theiron and steel industry. Therefore, utilization of a low-grade (fixed carbon
ratio is low) source is expected. Brown coal (BC) in particular shows ahuge amount of reserves and low price, and thus stable supply can be
expected. However, BC contains a large amount of water, and therefore
attempts have not been made to utilize it as a reducing agent without pretreatment. Our research group has succeeded in reduction to metallic ironusing carbon-iron ore composite consisting of iron ore and biomass charhaving similar characteristics with BC. Carbon-iron ore composite is an
agglomerated material to achieve rapid reduction at low temperature byproximity arrangement of iron ore and carbonaceous material particles(see Fig.2). In 2019, the carbon-iron ore composite reduction mechanism
using BC was investigated through a reduction experiment.

定量の硫黄が含まれているが、PM 2.5 の発生過程に対する硫黄の影

Figure 3 shows changes in reduction degree reached at 1200°C with TotalC/O (Molar ratio of carbon in sample and oxygen in iron oxide) for carboniron ore composites using brown coal 1 (BC1), 2 (BC2), and non-coking
coal (NC). Reduction degree is defined as the ratio of oxygen removed
from iron oxide. Both the BC1 and BC2 samples show that reduction
degree increases with increasing Total-C/O. Both samples show a higher
reduction degree than the NC sample at the same Total-C/O. The amount

生成されていると考えられる。硫酸塩で形成された粒子のほとんどはFig.2 Schematic illustration of conceptof carbon-iron ore composites.

Fig.3 Changes in reduction degree at 1200°C with
Total-C/O for carbon-iron ore composites using brown
coal 1 (BC1), 2 (BC2) and non-coking coal (NC).

響は検討されていない。そこで本年は焼結プロセスを模擬した装置を用いて PM 2.5 の発生状況を再現し、その発生挙動に対する硫黄の影
響について調査した。
PM 2.5 のサンプリングには Fig.4 に示すカスケードインパクタを用いた。カスケードインパクタに導入された排ガス中の粒子は慣性でフィルタに衝突して捕集される。本実験では PM 2.5 を + 2.5 µm から - 0.25 µm の四段階に分けて捕集した。Fig.5 に - 0.25 µm の段階で捕集した粒子の電子顕微鏡画像および元素分析結果を示す。粒子は球状を呈しており、Fe を多く含む粒子と、S、Na および K を含む粒子が認められる。前者は鉱石由来のヘマタイト（Fe2O3）を主体とした粒子であると考えられ、後者はアルカリ金属元素と S との硫酸塩が-0.25µm であり、PM 2.5 の中でも小さい粒径となる傾向を示している。今後は鉄鉱石焼結プロセス中の PM 2.5 発生挙動に対する塩素

Influence of Sulfur on Fine Particulate Matter
Formed During Iron Ore Sintering Packed Bed
PM 2.5 is known as particulate matter (PM) having a mass medianaerodynamic diameter less than 2.5 µm and has become a serious issue in
China. Chinese steelworks are known as one of the major fixed exhaustsources of PM. In particular, the iron ore sintering process (in which iron ore
is agglomerated to fabricate sinter) occupies approximately 2.6% of the total
value of the Chinese industrial sector. Japan also produces approximately
100 million t/year, and therefore it is important to investigate PM 2.5
formation and suppression mechanisms. Fundamental research is expected
to consider the existing state of raw materials in the sintering process.
Although coke is a major agglomeration agent that contains a certain level ofsulfur, the influence of sulfur on the PM 2.5 formation process has not been
investigated. In 2019, the PM 2.5 formation condition was reproduced using
an apparatus to simulate the sintering process, and the influence of sulfur on
its formation behavior was investigated.
A cascade impactor was used for the sampling of PM 2.5 as shown in Fig.4.
Particles in exhaust gas introduced into cascade impactor collide with thefilter by inertial force and are captured. In this experiment, PM 2.5 wascollected by dividing four stages ranging from +2.5 to -0.25 µm. Figure 5
shows electron microscope images and elemental analysis of particles
collected on the stage of -0.25 µm. The particles show spherical shape andcontain Fe and S and Na and K, respectively. It is considered that theformer is a hematite (Fe2O3) particle originated from iron ore and the latteris sulfuric salt consisting of alkali metallic element and sulfur. Most of theparticles containing sulfuric salt are obtained in the stage of -0.25 µm, andthese have a tendency to be fine particulate matter in PM 2.5. Influence ofchorine on PM 2.5 forming behavior in the iron ore sintering process will
be examined in future.

の影響について検討する予定である。

Fig.4 Schematic illustrations of cascade impactor andmechanism of collection of fine particulate matter.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentとした。

トンの焼結鉱を製造しており、PM 2.5 の発生挙動及び低減に関するof CO and CO2 gas from BC samples measured by another method showedno significant difference from the NC sample, therefore hydrogen
reduction would occur in the carbon-iron composite including BC. Future
work involves a quantitative examination of the influence of volatile
matter on the reduction degree of iron ore.

先端環境創成学専攻

褐炭は還元材としての利用が試みられてこなかった。我々の研究グルー

Reduction Mechanism of Carbon-Iron Ore
Composite Prepared Using Brown CoalGroup PhotoFig.5 Images of electron microscope and elemental
analysis of particles collected on stage of -0.25 µm

Coexistence Activity Report 201937

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

車の三元触媒からも排出されるため都市域からの発生も無視できな

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

い。Fig.2 につくばで観測された NH3 カラム全量の 2014 － 2019

Earth System Monitoring and Instrumentation

年の経年変化を示す。夏季極大、冬季極小の季節変化のほか、夏季にはしばしば通常の 2 倍前後の大きな値も見られる。これらの高濃度

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

を観測した日について流跡線解析を行ったところ、都市域や農地からのエミッションを示唆する結果が得られている。

Associate Professor

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。2019 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 HCHO, NH3 の経年変化の解析や2016 年に実施した光学オゾンゾンデ観測結果の論文化などを行った。また、NDACC/IRWG 会議に参加した。
Temporal variations of the total columns of formaldehyde (HCHO) and ammonia (NH 3) were observed with Fourier transform infrared spectrometer(FTIR) at Tsukuba. The paper on the profiles of stratospheric ozone and nitrogen dioxide observed by a balloon-borne optical ozone sensor in 2016 was
accepted. We participated in the NDACC/IRWG meeting held in Wanaka, New Zealand, and presented the results of our HCl and HF observation.

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、HCl、HF の 2018 年の解析を追加して 2015 年以降の再増加が継続していることを確かめた。全球気象
データから計算した質量流線関数などの解析からこの再増加も力学的要因による可能性が高いことが分かったが、一方で 3 次元化学輸送モ
デルでは再増加が再現されておらず、観測された再増加にはエミッションの影響がある可能性もあり、解析を進めている。
また、南極昭和基地において 2007、2011 年に行った FTIR 観測

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 2-15 μ m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 HCHO, NH3 の解析を行うとともに HCl、HF の解析も継続している。

質である。近年は人工衛星による観測も行われるようになっており、
FTIR の観測結果はその検証にも使われている。Fig.1 につくばで観測された HCHO カラム全量の 2001 － 2019 年の経年変化を示す。
夏季極大、冬季極小の季節変化が見られるが、経年的な増減は特に見られない。他の観測地との比較では大きめの値であり、関東地域のNH3 は生物による窒素固定やエアロゾル生成、酸性雨の中和などに関連する成分であり、農地からの発生やバイオマス燃焼の他、自動Fig.1 Temporal variation in the total column of
HCHO observed at Tsukuba from 2001 to 2019.

38 Coexistence Activity Report 2019

Ammonia is related to nitrogen fixation by organisms and affects aerosol
formation and neutralization of acid rain. Anthropogenic sources such as
agricultural emissions are dominant, but emission from three-way
catalysts in cars is also important in the urban area. Fig. 2 shows temporalvariation in the total column of NH 3 observed at Tsukuba from 2014 to2019. We can see the summer maximum and winter minimum, and values
larger than 1 x 1016 molec/cm2 were sometimes observed in summer. Backward

Fig.2 Temporal variation in the total column of
NH3 observed at Tsukuba from 2014 to 2019.

れがようやく Atmospheric Chemistry and Physics 誌に受理された。
光学オゾンゾンデによるオゾン・二酸化窒素の高度分布観測については、昨年解析方法の改善により高度分解能 3km でオゾン・二酸化窒素ともにまずまずの精度で高度分布を求めることが出来たことを報告しているが、今年はこの結果を論文にまとめ宇宙航空研究開発機構
研究開発報告に受理された。
NDACC/IRWG では、毎年世界各国から 20 以上の研究グループが集まって観測手法や最新の結果に関する情報交換を行う会議を行っ

The paper on the chlorine partitioning near the polar vortex boundaryobserved with FTIR at Syowa station, Antarctica, in 2007 and 2011 was
submitted to Atmospheric Chemistry and Physics by Prof. Nakajima in the
Global Environment Division, and it was accepted.
The paper on the profiles of stratospheric ozone and nitrogen dioxide
observed by a balloon-borne optical ozone sensor in 2016 was accepted by
JAXA Research and Development Report.
NDACC/IRWG holds an annual meeting where scientists from more than
20 groups discuss observational results, new plans, and measurement
techniques. The 2019 meeting was held in Wanaka, New Zealand, fromMay 20 to 24, 2019 (Fig.3). We participated in the meeting and presented
the results of our CH4 , HCl, and HF observation.
Tohoku University Environmental Studies Seminar 2019 was held at
Brawijaya University, Indonesia, on Dec. 18. Assoc. Prof. Murata participatedand presented the introduction of our research (Fig.4).
Assoc. Prof. Murata serves as an evaluation committee member for theCenter for Health and Environment, Miyagi Prefectural Government, andattended two committee meetings.

ているが、今年はニュージーランドで 5 月 20 - 24 日に開催され、我々も参加した（Fig.3）。メタン、HCl、HF の解析結果の発表を行ったほか、解析手法の最適化などについて情報交換を行った。
12 月にはインドネシアのヴラウィジャヤ大学で本研究科が行った東北大学セミナーに土屋研究科長らとともに参加し、研究紹介を行った（Fig.4）。また、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、今年度もこれまでに 2 回の評価委員会に出席して県保健環

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

都市域の排出源の影響を受けていると考えられる。

HCHO is an intermediate product of the oxidation of CH4 and the volatileorganic compounds, and it is one of the indicators of air quality because itis related to the production of ozone and secondary organic aerosols. There
are some satellite measurements and the FTIR measurements are usefulfor the validation of these satellite products. Fig.1 shows temporal variationin the total column of HCHO observed at Tsukuba from 2001 to 2019. We
can see the summer maximum and winter minimum but no significant
trend. The columns are larger than those in other NDACC/IRWG sites,
indicating emissions from the urban area in Kanto.

境変動学分野（国立環境研究所）の中島教授らと執筆していたが、こ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 extended the analyses of HCl and HF to 2018 andconfirmed that the upward trend continues after 2015. Mass stream
function showed that this trend is also due to dynamical variability. On theother hand, there is some possibility of emission change because 3D
chemical transport model simulations could not reproduce the upward
trend. We will continue to analyze HCl and HF.

先端環境創成学専攻

HCHO はメタンや揮発性有機化合物の酸化過程で生成する中間物
質で、オゾンや二次粒子の生成などの大気汚染に関わる指標となる物

In collaboration with the National Institute for Environmental Studies, wehave been investigating 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 , etc. This year, temporalvariations in the total columns of HCHO and NH 3 were newly analyzed
and the investigation of HCl and HF continued.

から極渦境界付近の塩素化合物の分配について調べた論文を地球環

trajectories on these days show that these airmasses came from urban surface
areas or agricultural fields.

境センターが行っている研究の評価を行った。

Fig.3 NDACC/IRWG meeting held in Wanaka,
New Zealand.

Fig.4 Tohoku University Environmental Studies
Seminar 2019 at Brawijaya University.

Coexistence Activity Report 201939

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

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）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
2）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
3）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

Yu-You Li

Daisuke Komori

理水中の病原体により発生する健康リスク管理に SSP を本来あるべき形で適用することができない状況にあった。

そこで本研究では、様々な下水処理水質に対して適用可能な水系感染症ウイルスの塩素消毒モデルを構築することを試みた。水質と水系感染

4）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

症ウイルスの不活化効率に関するデータを収集し、消毒剤濃度の減衰を

5）水インフラへの病原ウイルスの遺伝的適応評価

考慮した EFH model のパラメータ推定に用いた。処理水質に応じた消Our research topics in 2019 were
1) The development of evaluation approaches for the effect of climate change and land utilization change on natural environments
2) Mechanisms of flood wood generation caused by global warming and forest industry declination
3) The optimization of wastewater treatment and greenhouse gas emission4) Bacterial community structure in wastewater treatment and anaerobic digestion reactors5) Water infrastructure and enteric virus evolution

毒モデルを構築するため、各ウイルスの遺伝子型毎の塩素感受性差及び論文間における実験誤差を考慮し、R 及び Stan コードを用いた階層ベイズによる k、m、n のモデリングを行なった。

ノロウイルス、ロタウイルス、ポリオウイルス、アデノウイルス、コクサッ

キーウイルス、及びエコーウイルスに関する不活化モデルの構築を行ったが、ここではノロウイルスのモデリング結果のみ紹介する。ノロウイル
スの不活化速度定数 k はガンマ分布、Hom 係数 m 及び希釈係数 n は対数正規分布が最も低い WAIC を与えた。クロラミンについても同様の

SDGs 時代の水の消毒
2030 年までに全世界の人々が安全な飲料水とトイレを使用可能とすることを目指す Sustainable Development Goal 6（SDG6）を達成するためには、導入・運転コストが低く、維持管理が容易で、且つ使用者の健康を適切に守ることができる水インフラを開発することが求めらる衛生安全計画（Sanitation Safety Plans: SSP）は、危害分析重要

管理点（HACCP）を基盤として、汚水・排泄物処理に携わる事業者が、地域住民等の便益を最大化し、かつ健康リスクを最小化するための管理ツールである。下水処理水中の病原体による健康リスクを SSP により管理する場合、病原体の消毒モデルをもとに必要な消毒剤濃度と接触時間を算出し、それらを重要管理点としてモニタリングする必要がある。しかするため、水中病原体の十分な不活化に必要な消毒条件を与える水中病
原体消毒モデルは一意的に決定することができない。そのため、下水処のパラメータの適合度評価指標は階層ベイズモデルの方が一般化線形モUnited Nations Sustainable Development Goal 6 (SDG6) is to supply all
people globally with improved drinking water and sanitation systems by
2030. The development of sustainable water infrastructure that is easily
installable and maneuverable is essential to achieve SDG6; simultaneously,
eliminating users’ health risks is mandatory. The World Health Organization(WHO) has recommended sanitation safety planning (SSP) for managing
human health risks in wastewater reclamation and reuse. SSP is a scheme
for the safe use of excreta, wastewater, and graywater. SSP has adopted thehazard analysis and critical control point (HACCP) approach, which was
originally developed in the food industry as a tool to prevent food-borne
diseases. The HACCP approach is useful for identifying potential hazards
in water-treatment processes and determining preventive/corrective
actions to reduce the risk to health due to hazardous contaminants.

デルよりも低い値を示した。不活化速度定数 k の各係数に着目すると、When SSP is to be applied to wastewater reclamation and reuse, thebehavior of pathogens in water is quantitatively predicted by mathematicalmodels, and critical control points (CCPs) are determined. However, the（0.002 log）と予測された。下水処理場におけるウイルスの不活化には

切片 a を除いた各係数は遊離塩素及びクロラミンで共通の正負の傾向を示した（図 1）
。不活化速度定数 k は係数が負である pH 及び温度の増加に伴い減少すると言える。一方、定量 PCR よりプラーク法、環境水や下水処理水より緩衝液が用いられる場合、不活化速度定数 k は増加することになる。

不 活 化 速 度 定 数 k、Hom 係 数 m、 希 釈 係 数 n の 2.5%、25%、

50%、75%、及び 97.5% 値を用いて、初期塩素濃度 1 ppm、pH=7、
水温 20ºC、プラーク法、下水処理水の条件下におけるノロウイルスの予測不活化曲線を作成した（図 2）。25% 値に着目すると、1 分間の遊離塩素との接触時間によりノロウイルスの不活化効率は 0.8 log となる一方、クロラミンによる不活化効率は遊離塩素消毒の 400 倍低い値
遊離塩素濃度の維持が重要と言える。下水処理水中のアンモニア濃度が高い場合、アンモニアと遊離塩素の反応によりクロラミン濃度が増加し、遊離塩素濃度の減少に伴いノロウイルスの不活化効率も減少するため、遊離塩素の注入濃度を十分に高く設定する必要がある。

Fig.1 Coefficient values of λ for the inactivation rate coefficient k of norovirus. Alphabet a is an intercept value of a link function of
λ (= a + b (pH) + c (temperature) + d (virus concentration unit) + e (water matrix) , and b to e are the coefficient values of explanatory
valuables of pH, temperature, unit of virus concentration, and water matrix (buffer: 0, environmental water: 1), respectively.

40 Coexistence Activity Report 2019

We constructed inactivation models for norovirus, rotavirus, poliovirus,
adenovirus, coxsackie virus, and echovirus, but here, we only introduce
the model for norovirus because of space limitations. The inactivation rate
constant k, Hom coefficient m, and dilution coefficient n were used tofollow a log normal distribution. Except for the Hom coefficient m for freechlorine, the hierarchical Bayesian model gave a better fit than thegeneralized linear model. All of the coefficient values had the same sign,
except for the intercept a of the inactivation rate constant k (Fig.1).
Increases in pH and temperature lead to a clear reduction of the inactivation
rate constant k. On the other hand, the inactivation rate constant k increases
when plaque assay is used instead of quantitative PCR, and when a buffer
solution is used in the inactivation experiment, rather than environmental
water and treated wastewater.
The inactivation curve of norovirus in treated wastewater was predictedunder the conditions of an initial chlorine concentration of 1 ppm, pH of 7,
and 20 ˚C (Fig.2). It is assumed that plaque assay was used to measure thereduction of infectious titer. In this prediction, the 2.5, 25, 50, 75 and 97.5
percentile values of k, m and n were used. When the 25th percentile values
were used, the predicted log reduction value of norovirus is 0.8 log when
the contact time with free chlorine is 1 min, while that with chloramine is400-fold lower. These results indicate the importance of free chlorine forinactivating norovirus in treated wastewater. Thus, higher doses of freechlorine are required when the ammonium concentration in treatedwastewater is high.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

しながら、消毒剤による病原体の不活化効果は処理水質に依存して変動結果であった。遊離塩素における Hom 係数 m を除き、各 EFH モデル

In this study, we focused on disinfection using free chlorine andchloramine, and tried to construct a predictive virus inactivation modelusing water quality information. We firstly conducted a systematic review
to obtain the inactivation efficiency of enteric viruses (norovirus,
rotavirus, hepatitis A virus, adenovirus, coxsackievirus, and echovirus) as
well as water quality information. We applied a hierarchical Bayesianmodel using water quality parameters as the model variables to train virus
inactivation efficiency datasets, in which the hidden effects of differencesamong disinfection tests and genotypes of a virus species were taken into
account. We then validated our model’s applicability to the newly obtained
datasets in this study.

先端環境創成学専攻れる。世界保健機構（World Health Organization: WHO）が推奨す

Water disinfection in the SDG era

prediction of virus inactivation efficiency in water has several problems
due to the complex composition of wastewater matrix and the different
sensitivities of enteric viruses to disinfectants. Wastewater quality, such as
dissolved organic carbon (DOC), suspended solids (SS), pH, andtemperature, can vary among wastewater treatment plants (WWTPs) andeven within a WWTP, depending on the day and season, which results inthe varying efficacy of disinfectant decay and inactivation of the efficiencyof enteric viruses even in the same disinfectant dose. Furthermore,inactivation efficiency can differ among the genotypes/strains of anenteric virus.

Fig.2 Predicted inactivation curve of norovirus with free chlorine and chloramine.
Solid line: 50%tile, dashed line: 25%tile and 75%tile, shade: 95%tile.
Coexistence Activity Report 201941

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

特任助教 齋藤 優子

Aimed on the realization of a resources-material recycling society

Professor

Toshiaki Yoshioka

Associate Professor

Assistant Professor

Assistant Professor

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
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。

焼却飛灰中に高濃度で含まれる重金属は、焼却灰の有効利用のために除去する必要がある一方、これら重金属の資源価値は高い。塩化揮
発法は、金属を比較的低沸点な金属塩化物として揮発させる手法であり、揮発速度や沸点の違いを利用した金属回収を可能とする。今年度
は、塩化ビニル（PVC）廃棄物の有効活用を想定し、PVC を塩素化剤として灰組成の異なる様々な焼却飛灰に対し塩化揮発を行い、PVC

太陽光パネル用封止材に用いられるエチレン - 酢酸ビニル共重合体の紫外線劣化
太陽光発電は大幅に導入が進み、近い将来に太陽光パネルの大量の廃棄が見込まれる。最終的な廃棄の前段階として、使用を可能な限り長くしリユースも適切に行い可能な限り廃棄を抑制する事が重要価値等を適切に評価する必要がある。今年度は封止材 ( エチレン - 酢
酸ビニル共重合体：EVA) に着目し、紫外線照射強度および温度制
御下において EVA を劣化させ、加速劣化中の発生ガス分析および劣化 EVA の熱分解解析により EVA の劣化挙動を検討した。
（Fig.2）

水相からイオン会合体相への Cs
および Sr の同時抽出
福島第一原発では、地下水の流入により放射性 Cs および Sr を含Heavy metal removal from fly ash
by chloride volatilization
While highly concentrated heavy metals contained in fly ash have to be
removed for efficient use and environmental preservation, those metals
usually show a high resource value. Chloride volatilization is an approachthat enables volatilization of metals at low boiling point and recovers themefficiently using differences in volatilization rates and boiling points. This
year, Polyvinyl chloride was used as the chlorination agent for several
kinds of fly ash, which consist of different elemental compositions. The
effects of PVC addition and the elemental composition of the fly ash on theheavy metal volatilization were investigated (Fig.1).

Ultraviolet deterioration of ethylene-vinyl
acetate used as encapsulant in photovoltaic
modules
The introduction of photovoltaics has significantly increased, and largescale disposal of solar panels is expected in the near future. In the pre-final
disposal stage, it is important to use solar panels as long as possible, reuse
them appropriately, and suppress disposal as much as possible. Therefore,
it is necessary to properly evaluate the value of used panels. This year, we
focused on the encapsulant (ethylene-vinyl acetate; EVA). EVA wasdegraded under intensity- and temperature-controlled UV irradiation.

いる吸着剤を用いた処理では、大量の二次廃棄物が発生するという問題がある。本研究では、Cs および Sr を捕捉した後に、有機カチ
オンおよび有機アニオンを用いて、小体積のイオン会合体相へ Cs お
よび Sr を同時に抽出する手法について検討した。
（Fig.3）

MnO2/Mg-Al 系層状複水酸化物を用いた
酸性ガス処理
ごみ焼却に伴い発生する酸性排ガス (HCl, SO x , NO x) は消石灰および触媒脱硝により処理される。しかし飛灰の埋立処理による埋立地の短命化が問題である。CO3 型 Mg-Al LDH は HCl、SO X 処理が可能であり、アニオン交換能を有するため酸性ガス処理後の再生、再利用に期待ができる。本研究では NO 処理に向けた MnO2/Mg-Al

Analyses of gases generated during the accelerated degradation and thethermal decomposition of the degraded EVA were performed (Fig.2).

Simultaneous extraction of Cs and Sr fromwater phase to ion associate phase
At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, the purification treatment
continues because the contaminated water containing radioactive Cs and Sr
is generated by the inflow of groundwater. We studied methods to extract Csand Sr simultaneously into a small volume of ion associate phase usingorganic cations and organic anions after trapping the Cs and Sr (Fig.3).

Treatment of acid gas by MnO2/Mg-Allayered double hydroxide
Acid gases (HCl, SO x, NO x) produced by waste incineration are treated by
Ca(OH) 2 and catalyst denitration, which shortens the lifespans of landfill
sites. In this study, MnO 2 /Mg-Al LDH (which is CO3 -type Mg-Al LDH
combined with MnO 2) was synthesized and used for the simultaneous
treatment of NO, HCl, SO X , and their recycling processes (Fig.4).

LDH の合成と酸性ガスの同時処理、循環処理を検討した。
（Fig.4）

プロジェクト採択・受賞
・NEDO 先導研究「プラスチックの化学原料化再生プロセス開発（研究代表者 : 吉岡敏明教授）」採択
・環境大臣表彰 / 吉岡敏明教授
・日本エネルギー学会奨励賞 / 熊谷将吾助教
・廃棄物資源循環学会 /Excellent Presentation at International Hybrid Session/ 陸嘉麒 (D2)・Korea Society of Waste Management/Award for Excellent Poster Presentation/ 西山雄也 (M2)・2019 isCEBT/The Outstanding Oral Presentation Award in Environmental Technology/ 池田大地 (M2)

招待・基調講演
・吉岡敏明教授：世界 5 カ国（独、英、中、米、日）化学会国際化学サミット Chemical Sciences and Society Summit において、基調講演 "Integration of arteril and venous industries & promotion of chemical recycling"、さらに BBC ライブパネルディ
スカッションパネラーとしてライブ出演（2019.11.11）
・亀 田 知 人 准 教 授：2019 Joint Symposium on Advanced Functional Materials, “Uptake of heavy metal ions from anaqueous solution by layered double hydroxides modified with EDTA and organic acid anions”（2019.10.28）
・熊谷将吾助教：1st International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis in the Asia, “Pyrolysis for Feedstock
recycling of plastic wastes”（2019.12.12）

Fig.1 Chloride volatilization using PVC as a chlorination agent.

42 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 UV/Py-GC/MS system

Fig.3 Cesium and strontium extraction flow

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

であり、そのためには個々のパネルの劣化を把握し、その寿命、残存Yuko Saito

先端環境創成学専攻の添加効果と含有成分の影響を調査した。
（Fig.1）

Shogo Kumagai

む汚染水が発生しているため、浄化処理が続いている。現在行われて

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.

塩化揮発法による焼却飛灰からの重金属除去

Tomohito Kameda

Fig.4 Treatment of acid gas by MnO2/Mg-Al LDH
Coexistence Activity Report 201943

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

Atsuko Masuya-Suzuki

Group Photo

Ryunosuke Karashimada

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。今年度は、
1. ランタニド錯体の選択的結晶化、2. 異核複核ランタニド - チアカリックスアレーン錯体の選択的生成、3. 発光材料化に関する成果を得た。
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. Selective Crystallization of Heavy Lanthanide Complexes, 2. Selective Synthesis of Heteronuclear Lanthanide Cluster Complex, and 3. Environmentally
Benign Preparation of Luminescent Materials.

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改良とアップコンバージョン発光
異種ランタニド（Ln, Ln'）を中心金属に持つ異核ランタニド錯体において、ランタニド間のエネルギー移動による新たな発光機能（アップコンバージョン、ダウンコンバージョン）が注目されている。我々は昨年、チアカリックスアレーン（TCA）と Tb の錯形成において生成する中間体の Tb1TCA1 を分取し、ここに Yb を添加することで生成する 4 種類の異核錯体の中で Tb 2Yb1TCA 2 の割合を増やすことができたがその割合は 62% であった。今回、Yb1TCA1 を分取し、Tb を添加する

構造柔軟性を持つ配位子を用いた
重ランタニドの選択的結晶化

Selective crystallization of heavy lanthanide
using conformationally flexible ligand

ランタニドは発光体、磁性体、触媒、医療用診断剤などの先端的応用において重要な役割を果たしている。近年のランタニドの利用の増加に伴い、リサイクルの必要性が高まっている。ランタニドは溶液及び固体において 3 価のイオン (Ln(III)) として存在することが多く、Ln(III) イオン同士の化学的性質は類似している。そのため、異な研究では、構造柔軟性を持つシッフ塩基配位子 (H3 L) と Ln(III) から成る錯体の結晶化を調査した。その結果、Ln(III) の種類に応じて生成する結晶の構造が大きく変化することが分かった (Fig.1)。La(III)–
Nd(III) で は 錯 体 の 結晶 が 生 成 せ ず、Sm(III)–Er(III) で は多 孔性 配
位高分 子 (PCP)、Tm(III)–Lu(III) では単核錯 体 LnL が生 成する傾Er(III)、Tm(III)、Lu(III) の結晶化を行うと、Er(III)、Tm(III)、Lu(III)がそれぞれ高選択的に結晶化することを見出した (Fig.2)。今後、こが異なるため、Ln との錯形成の順序を変えることで割合を向上させることができたと考える。また、Ln3-xLn'xTCA 2（x = 0 -3）において
Tb-Yb あるいは Er-Yb の系で 972 nm の近赤外励起により、それぞれ可視領域にアップコンバージョン発光を観測した（Fig.4）。TCA を配位子として用いることで異核錯体を選択的に合成することやアップ
コンバージョンを実現できることを見出した（特許出願中）。

環境負荷の少ないランタニド発光材料の合成法
水溶性の発光性チアカリックスアレーン錯体 Tb3TCA 2 をデクスト
ラン系イオン交換体と混合するだけで簡易かつ非可逆的に錯体を固体材料化することに成功した (Fig.5)。発光性能に優れ、寿命は 1.2 msと長く量子収率は 45% と高効率であった。金属複合酸化物を母材とするランタニド発光材料の弱点（製造に高温が必要、励起効率の低い金属の直接励起に依存）を回避でき、その意味で環境負荷の低い

Environmentally Benign Preparation Methodof Lanthanide Luminescent Materials
Water-soluble luminescent complex of thiacalixarene, Tb3TCA 2 , wasconveniently and irreversibly immobilized onto a dextran-based ionexchanger to afford a luminescent material. The material exhibited longlived luminescence (1.2 ms). In addition, the luminescent quantum yield
was 45%, suggesting highly efficient overall luminescence processes. The
method circumvent disadvantages (e.g., high temperature required forprocessing and low efficiency in the excitation) of conventional materials
such as Ln-doped metal oxides. In this sense, the method is environmentallybenign. (Reported in Bull. Chem. Soc. Jpn. 2019, Vol.92, No.11, 1847-1852
as a Selected Paper.)Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

向がある。さらに、Nd(III) が共存する条件下で重ランタニドであるできた（Fig. 3）。これは Ln の種類によって錯体の生成・解離の速度

Heteronuclear lanthanide complex has a potential for new luminescence property(upconversion, downconversion) by energy transfer between Ln centers. Last
year, our laboratory succeeded in obtaining the ratio of Tb2Yb1TCA2 in four kindsof heteronuclear Ln-TCA complexes (Ln 3-x Ln’xTCA 2 , x = 0 -3) by selective
synthesis, which involves preparation of intermediate, Tb1TCA1, andaddition of another Ln, Yb. However, the ratio is 62%. In 2019, we wereable to increase the ratio of Tb1Yb2TCA 2 to 99% by preparation of Yb1TCA1
and addition of Tb (Fig.1). This result was caused by the rate of thecomplex formation and dissociation constants in Ln species. On the other
hand, Ln 3-x Ln’xTCA 2 (x = 0 -3) can exhibit upconversion luminescence bynear-infrared excitation (972 nm) for Tb-Yb and Er-Yb systems (Fig.2).
TCA is a ligand used to achieve the selective formation of heteronuclear
complex and upconversion luminescence.

材料である（ Bull. Chem. Soc. Jpn . 2019, Vol.92, No.11, 18471852．同誌優秀論文に選定）。

の結晶化プロセスを最適化し、種々の組み合わせの Ln(III) の相互分離へ展開することを目指す。

Fig.1 Crystallization of Ln(III) complexes with atripod Schiff base ligand (H3L).

44 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Percentage of Ln(III) in LnL which wascrystallized in the presence of Nd(III) and Ln(III)(Ln = Er or Tm or Lu).

Fig.3 Electropherogram for sample by old andnew selective synthesis method

Fig.4 Luminescence spectra by NIR excitation for
Tb-Yb-TCA and Er-Yb-TCA systems

先端環境創成学専攻

る Ln(III) イオンを相互に分離しリサイクルすることは容易でない。本Lanthanides play crucial roles in advanced materials, such as luminescentand magnetic materials, catalysts, and diagnostic agents. A growinginterest in the use of lanthanides makes it more important to recycle them.
Lanthanides often adopt trivalent states (Ln(III)) in both solution and thesolid state. Due to the chemical similarities between the Ln(III) ions,mutual separation and recycling of these ions are difficult. In this work, we
studied the crystallization of the Ln(III) complexes with a tripodal Schiffbase ligand (H 3L). The obtained structure largely depended on the Ln(III)ions (Fig.1). No crystals were obtained for La(III)–Nd(III). The
crystallization for Sm(III)–Er(III) gave porous coordination polymers(PCP). Discrete complexes (LnL) were formed for Tm(III)–Lu(III).
Furthermore, we found that the crystallization of heavy lanthanides(Er(III), Tm(III), and Lu(III)) in the presence of Nd(III) selectively gave
the crystals discrete of Er(III), Tm(III), and Lu(III) complexes, respectively(Fig. 2). Further studies on the optimization of the crystallization process
are now underway to achieve the mutual separation of the various
combinations of the Ln(III) ions.

ことで 4 種の異核錯体の内、Tb1Yb2TCA 2 の割合を 99% まで向上

Improvement of Selective Synthesis andUpconversion Luminescence of Heteronuclear
Lanthanide-thiacalixarene Complex

Fig.5 Preparation of luminescent materials byelectrostatic immobilization of Tb-TCA onto dextran.

Coexistence Activity Report 201945

自然共生システム学講座
環境生命機能学分野

研究員

Environmentally Benign Systems

研究員

Environmental Bioengineering

Development of Environmental/Biomedical Sensors and Visualization Systems
for Material Functions with Micro/Nano Electrode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（工学研究科・兼任）
Professor（工学研究科・兼任）
Associate Professor

Associate Professor（材料科学高等研究所・兼任） （学際科学フロンティア研究所・兼任） Professor
Associate Professor
Assistant Professor
Tomokazu Matsue

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。
Micro/nano devices have highly demanded in the field of biological sciences, engineering and analytical information . We have developed micro/nanoelectrochemical systems for environmental/biomedical applications and evaluation of battery materials.
Recently, we developed NanoSECCM to characterize electrochemical properties in nanometer domains and applied it to localized evaluation of battery
materials. We also developed electrochemical chip devices for bioanalysis. These devices are useful in environmental monitoring as well as medical andengineering applications.

Kumi Y. Inoue

Kosuke Ino

Akichika Kumatani○ 電気化学アレイデバイスの細胞培養プラットフォームへの応用、
科研費

基盤研究（B）（H30-R2 年度）

科研費

基盤研究（A）（H30-R3 年度）○ 二次元材料で構築された原子層ジョセフソン素子の創成と物性評価、○ ナノ電気化学イメージングによる二次元電子系材料の触媒活性の可視化、科研費

若手研究（A）（H28-R1 年度）○ 高度計測の統合利用による蓄電固体界面の物理化学局所状態の解
明、科研費

新学術領域研究 ( 研究領域提案型 )（R1-R4 年度）○ 細胞間コミュニケーション解明のための超高分解能電気化学バイオ
イメージング法の開発化、科研費

基盤研究（C）（R1-R3 年度）○ マイクロ流体プローブによるオルガノイドの時空間的な分化制御法

共同研究

Collaboration researches

令和元年は以下の機関と共同研究を行った。

We promoted collaboration researches with the following organizationsin 2019.
Tohoku University: Advanced Institute for Materials Research,
Microsystem Integration Center, Center of Innovation, et al.
External research institutes: Tohoku Institute of Technology, Hyogo
Prefectural University, Kanazawa University, Kyoto University, Kyushu
University, etc.

科学研究所、医工学研究科、マイクロシステム融合研究開発センター、
革新的イノベーション研究プロジェクトなど

学外研究機関：東北工業大学、兵庫県立大学、金沢大学、京都大学，
熊本大学、九州大学、首都大学東京、筑波大学、大阪大学、山形大学、の開発、科研費

若手研究（R1-R2 年度）他

受賞
○伊野浩介 ( 准教授 ) ：Excellence in Reviewing for Biosensors
and Bioelectronics 受賞（Elsevier)○伊野浩介 ( 准教授 ) ：若手科学者賞（文部科学省）○熊谷明哉 ( 准教授 ) ：若手科学者賞（文部科学省）○平本薫（D1）：東北分析化学奨励賞（分析化学会）

大学、東京工業大学

In 2019, more than 50 presentations in conferences including 4 special
lectures, 1 plenary talk, 10 invited lectures and 2 request lectures.

○平典子（D1）：Oral Presentation Award（isCEBT 2019）

学会発表等

Research projects○岩間智紀（D1）：環境科学研究科奨学賞（東北大学）○ ”Real-time monitoring of biomedical samples using scanningelectrochemical microscopy” Grant-in-Aid for Scientific Research (B)(2018-20FY)○ ”Development of an electrochemical array device for cell culture
platform”, Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (2018-20FY)○ ” 2D Material Based Josephson Devices and Their Properties” Grantin-Aid for Scientific Research (A) (2018-21FY)○伊藤健太郎（M2）：Best Poster Award（RSC-TIC 2019）

令和元年に特別講演 4 件、基調講演 1 件、招待講演 10 件、依頼

講演 2 件を行った。これらを含め、50 件以上の学会発表を行った。

主な継続中の研究事業○ 走査型電気化学顕微鏡による生体医療材料の動的変化追跡システム、科研費

基盤研究（B）（H30-R2 年度）

Fig.1 Lab members 201946 Coexistence Activity Report 2019

○平典子（D1）：多元物質科学奨励賞（東北大学）○岩間智紀（D1）：Poster Award（RSC-TIC 2019）○伊藤健太郎（M2）：Poster Award Gold（第 1 回環境科学討論会）○伊藤健太郎（M2）：Excellent Poster Award（The 65th Annual
Meeting of PSJ）

○日野翔太（M2）：優秀発表賞（CHEMINAS 40th）○寺井崇人（M2）：Oral Presentation Award（isCEBT 2019）○リアナ・ズルキフリ（M1）：ポスター賞（2019 年化学系学協会東北大会）

Fig.2 Electrochemical analysis for abiological sample

Fig.3 Microdevice fabrication

Fig.4 Cell culture in a bio-safety hood

Yuji Nashimoto

教授 末永 智一

高野 聡美

秘書

古林 庸子

研究補佐員

近藤 朋子

補佐員

太田 美華子（2019 年 3 月まで。
現イノベーション戦略推進センター特任教授）○ ”Visualization of Electrocatalytic Activities on Two-Dimensional
Materials by Nanoscale Electrochemical Imaging” Grant-in-Aid forYoung Scientists (A) (2016-19FY)○ ”Nanoscale Electrochemistry on Energy Functional Materials” MEXTLEADER program (2017-21FY)○ ”Development of ultra-high resolution electrochemical bioimaging
method to elucidate intercellular communication”, Grant-in-Aid for
Scientific Research (C) (2019-21FY)○ ”Spatiotemporal regulation of organoid differentiation using a
microfluidic probe ”, Grant-in-Aid for Young Scientists (2019-20FY) andothers.

Awards○ Kosuke Ino (Associate Professor) :Excellence in Reviewing for
Biosensors and Bioelectronics (Elsevier)○ Kosuke Ino (Associate Professor) :Young Researcher Award (MEXT)○ Akichika Kumatani (Associate Professor) :Young Researcher Award(MEXT)○ Kaoru Hiramoto (D1):Award of Tohoku Analytical Chemistry (TheJapan Society for Analytical Chemistry)○ Noriko Taira (D1):Award from Dean of Graduate School of Engineering(Tohoku University)○ Noriko Taira (D1):Student Award of IMRAM (Tohoku University)○ Noriko Taira (D1):Oral Presentation Award (isCEBT 2019)○ Tomoki Iwama (D1):RSC Poster Award (RSC-TIC 2019)○ Tomoki Iwama (D1):Award from Dean of Graduate School of Environmental
Studies (Tohoku University)○ Kentaro Ito (M2):Poster Award Gold (1st Academic Forum on Environmental
Studies)○ Kentaro Ito (M2):Best Poster Award (RSC-TIC 2019)○ Kentaro Ito (M2):Excellent Poster Award (The 65th Annual Meeting of PSJ)
○ Shodai Hino (M2):Best Presentation Award (CHEMINAS 40th)○ Takato Terai (M2):Oral Presentation Award (isCEBT 2019)○ Liana Binti Mohd Zulkifly (M1):Poster Award (Joint Meeting of the
Tohoku Area Chemistry Societies)

Fig.5 Our research featured on the
cover of ACS Sensors

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

Conference presentations

助教 梨本 裕司

秘書

先端環境創成学専攻○平典子（D1）：平成 30 年度工学研究科長賞（東北大学）

University College London、清華大学、塩城工学院、西安交通大学、台湾大学、台北科学技術大学、産業技術総合研究所、北海道

佐藤 さつき（2019.10 まで）

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

学内：材料科学高等研究所、学際科学フロンティア研究所、多元物質

伊藤 隆広

Fig.6 Our research featured on the
cover of Analytical Chemistry

Coexistence Activity Report 201947

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「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を
「水」
「CO2」

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

研究しています。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ます。

（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.

（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

高い新しい混合溶媒の提案（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 (Fig.2)。
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、
超臨界 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.3）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が小さく、環境調和型プロセスとして期待される。
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。

Fig.1 Development of Sustainable Products and Systems.

48 Coexistence Activity Report 2019

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.

Fig.2 Green Chemical Process[1] スミス教授、郭助教が中国南開大学、南京農業大学に講義を行った（図 3-4）。
[2] スミス教授はマレーシア国際イスラム大学、マレーシア プトラ大学に講義を

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

行った。

International exchange and conference[3] 2th International Symposium on Agricultural Environmental
Protection and Sustainable Development, Sep 22-24, Tianjin (China).
[4] 中国科学院、Dr. Chen Lin が当研究室を訪問した。
[5] Iligan Institute of Technology of the Mindanao State University（フィリピン）、Prof. Roberto Malaluan が当研究室を訪問した。
[6] Nature Communications と Applied Catalysis B: Environmental にオンライン掲載された（図 5-6）。

[1] Prof. Smith and Asst. Prof. Guo gave invited lectures at Nankai University (China).
[2] Prof. Smith and Asst. Prof. Guo gave invited lectures at Nanjing Agricultural
University (China).
[3] Prof. Smith gave invited lectures at International Islamic University Malaysia andUniversity Putra Malaysia (Malaysia).
[4] Second International Symposium on Agricultural Environmental Protection andSustainable Development, Sep. 22-24, Tianjin (China).

Fig.3 Visit of Nankai university

Fig.5 Nature Communications, 10 (2019) 699.

Fig.4 Visit of Nanjing agricultural university

Fig.6 Applied catalysis B environmental 264 (2020) 118509

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

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

合成化学、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).

Coexistence Activity Report 201949

資源循環プロセス学講座

Sustainable Recycle Process

循環材料プロセス学分野

Material Process for Circulatory Society

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、物質輸送を解明する基礎研究を行なっている。
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.

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。一例として自動車の排気ガス浄化に関するマイクロ波加熱法の特殊利用を紹介する。自動車のスタート時には、触媒担持体の温度が低く、触媒が有効に機能しない。マイクロ波照射によれば、金属微粒子は選択的、および迅速に加熱が生じるため、イグニッションとともに触媒機能を発揮することが期待される。この様な目的で、その基礎研究としてナノサイズを有する金属粒子とセラミックスの複合体を作成し、GHz 領域
におけるそれらの誘電率や導電率の測定、およびマイクロ波加熱速度の測定を行なっている。Fig.5 には、現実の触媒金属粒子ではないが、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用してキャビテーションや音響流という現象を調査している (Fig.1、2)。
液相中へ超音波を照射した時にこれらの現象が発生する。キャビテー
ション気泡は超音波によって圧壊するが、そのときに莫大なエネルギーを放出するため、溶融金属中での凝固中の結晶や固体粒子の破壊や分散、排水中での不純物分解に利用される。例えば、超音波は‟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生成できる。
す。別のプロジェクトでは、超音波キャビテーションと水中プラズマを組み合わせた影響を調査し、新規高効率排水処理の技術開発を目指している。Fig.4 は様々な実験条件における Rhodamine B の分解効率を示している。

Fig.1 A schematic representation of cavitation (left) andnumerically predicted pressure in a cavitation bubble (right)

50 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 A typical pattern of cavitation
zone and acoustic streaming

Fig.3 SEM views of Bi particles in aluminum createdby ultrasonic frozen emulsification

ミックス複合体のマイクロ波加熱速度に及ぼす金属粒子の体積分率依存性を示している。最大速度と体積組成、金属粒子の種類、粒径などとの関係について、詳細に調査を行っている。

環境調和を考慮した金属製造・加工プロセス
アルミニウムのリサイクル率を向上させることを目的として、リサイ
クルによって再生された二次地金を利用する割合を高めるための研究を行っている。具体的には、アルミニウム溶湯を機械撹拌することで不純物を吸着させるフラックスを高速に分散させる技術や機械撹拌に伴って発生する酸化物等の巻き込み低減を達成する技術開発のために、水を用いた流動、物質輸送実験、アルミニウム撹拌・鋳造実験、スー
パーコンピュータを利用した大規模アルミニウム溶湯撹拌シミュレー
ションを行っている。Fig.6 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気液界面変形挙動と乱流渦の関係性を解明し、酸化物巻き込み低減のための指針を示している。

Fig.4 Degradation efficiency of Rhodamine B throughacoustic cavitation assisted plasma (ACAP) with gas
injection

For these purposes, as the fundamental study, we measure the effective
permittivity and electric conductivity of composites consisting of nanosized metal particles and ceramics. We obtained the microwave heating
rates, as demonstrated in Fig.5, which shows the dependence of volume
fraction on the microwave heating rate at 2.45GHz in a single-mode
microwave apparatus. A detailed investigation is being performed on theinfluences of the metal species and grain size.

Environmentally Friendly Metallurgical
Processing
To improve the recyclability of aluminum, there is a need to use moresecondary aluminum, which contains many impurities. We are developing
novel methods for mechanical stirring of molten aluminum, aimed atbetter flux dispersion and more efficient removal of impurities. To achievethese purposes, water model experiments are performed to investigate
fluid flow and mass transfer during aluminum melt stirring and casting.
Additionally, numerical simulation is conducted to investigate transportphenomena in large-scale melting furnaces using a supercomputer. As
shown in Fig. 6, the relationship between gas–liquid interface deformationand turbulent vortices during mechanical stirring was investigated bynumerical simulation, and directions for reducing the entrainment of oxide
film were developed.

Fig.5 Relationship between volume fraction of
metal particles and microwave heating rate of
two composite bodies.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

Al-Bi ベースのフローズンエマルジョンの微細組織の一例を Fig.3 に示

The effects of ultrasound waves are associated with the ability of ultrasoundto propagate through elastic mediums such as gas, liquids, and solids andthus to transfer energy to places where it is needed. Our research investigatesultrasound-related phenomena to develop more efficient and sustainable
processes for treating liquid metals, wastewater, and exhaust gases. In
particular, we investigate phenomena such as cavitation and acoustic
streaming through experiments and numerical simulation (Figs.1、2). These
two phenomena arise when ultrasound waves propagate through liquid
phases. When cavitation bubbles collapse, they release huge amounts ofenergy, which is used for fragmenting and dispersing solidifying crystals
and solid particles in molten metals as well as for decontaminating waste
water. For example, ultrasound makes it possible to fabricate a new type ofcomposite material called frozen emulsions. An example of the microstructureof an Al-Bi–based frozen emulsion material is shown in Fig. 3. In anotherproject, we are investigating the combined effects of acoustic cavitation andunderwater plasma, aimed at developing a new, more efficient technology
for wastewater treatment. Figure 4 shows the degradation efficiency of
rhodamine B under various experimental conditions.

2.45GHz シングルモードキャビティーにおいて測定した金属粒子 / セラ

In our lab, fundamental studies have been performed on the application ofhigh-frequency electromagnetic fields to applications for material
processing. One example is the application of microwave heating’s
selective and rapid heating characteristics to detoxify exhaust gas frommotor vehicles. Upon the ignition of a car, the temperature of a ceramic
body for supporting metal particles is not high enough, and the catalytic
performance of the particles is expected to be high. Microwave heating is
expected to immediately heat the particles and realize their function at thecold-start phase.

先端環境創成学専攻することである。特に、当研究室では実験と数値シミュレーションを利Ultrasonic Processing:
Fundamentals and Applications

Application of Electromagnetic Fields toEnvironment/Material Processing

Fig.6 Snapshot of simulated free surface shapeand turbulent vortices during mechanical stirring.

Coexistence Activity Report 201951

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 chemical engineering technologies 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。
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.

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。
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吐出する機構そのものにある。2019 年は、ホップエキスやシソなどの天然資源を中心に、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。

所属する化学工学会において第 84 年会および The 18th Asian

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 2019

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).”(APCChE 2019)、そして食品科学工学会第 66 回大会に参加した。
ポスター発表を行った APPChE 2019 では、共同研究者の工学研究が行ったシソ成分の亜臨界溶媒分離実験の結果の1 例を Fig. 4 に示す。
このほか、分担執筆ではあるが、著書「分離プロセスの最適化とスケー
ルアップの進め方」にて、超臨界二酸化炭素中の固体溶質の溶解度の第2章第6節，株式会社技術情報協会 (2019).

[5] Y. Obonai, Y. Ueno, Y. Hoshino, M. Ota, Y. Sato, H. Inomata,Kagakukogaku-Ronbunshu, 45, 238-243 (2019). (Japanese)

推算法についてこれまでの研究内容をまとめることができた。
投稿論文では、招待論文の依頼を受けた Jasco Report に亜臨界
溶媒分離技術の開発の経緯について執筆することができた。
所属する化学工学会東北支部では、第 27 回若手の会セミナーにて招待講演を行った。

Fig.3 Flow-type subcritical fluid separation apparatus
Fig.2 Correlation between SP and eSP[4] 大田昌樹, 青山裕紀, 分離工程の操作条件最適化とスケールアップ,

科修士 2 年 上野裕介氏が Excellent Poster Award を受賞した。彼

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.

Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress[1] H. Komatsu, T. Sasagawa, S. Yamamoto, Y. Hiraga, M. Ota, T. Tsukada,
R.L. Smith, Fluid Phase Equilibria, 489, 41-47 (2019).
[2] S. Sato, M. Ota, Y. Sato, R. L. Smith Jr., H. Inomata, Fluid Phase
Equilibria, 489, 90-98 (2019).
[3] M. Ota, Y. Maeta, K. Sugahara, Y. Hoshino, S. Sato, Y. Obonai, Y.
Ueno, Jasco Report,61, 30-35 (2019). (Japanese)

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

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.

Activities in 2019 (Publications)2019 年の研究活動
エントロピー型溶解度パラメータの応用

Development of flow-type subcriticalfluid separation

Fig.4 Results of subcritical fluid separation from
Perilla at 353 K and different pressures.
Coexistence Activity Report 201953

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
次世代ナノ材料の表面設計指針
Atomic-level design of next-gen, novel nano-materials for eco-friendly scociety

教授 和田山 智正

准教授 轟 直人

Professor

Associate Professor

Toshimasa Wadayama

次世代の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ためには、高効率触媒開発の開発が不可欠である。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て、その構造評価を
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多角的に行っている。その上で、合成モデル触媒の特性を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Naoto Todoroki

量やその添加位置が ORR 特性に及ぼす影響を検討した。その結果を Fig.1 にまとめた。Ir を表面に配置した Ir/Pt/Pd(111)、および界面に配置した Pt/Ir/Pd(111) のいずれも、ORR 初期活性が向上する
とともに電位サイクル負荷時の活性低下が抑制されており、とくに後者の Ir 配置が有効であることがわかった。
◯ Pt の合金化元素として酸性溶液中で不働態化する Zr を取りあげ、鏡（SECM）を用いて評価し、次世代電極材料開発に向けたナノ構造設計指針を明確化することを目指している。

その化学結合状態を変化させて Pt(111) シェルの下層に配置した Pt/

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 to this subject has included i) preparations of well-defined single-crystal surfaces andnano-particles of alloys and metal compounds through dry processes (molecular beam epitaxy [MBE] and arc-plasma deposition [APD]) in ultra-highvacuum (UHV) and ii) electrochemical evaluations of the catalytic properties of UHV-prepared nano-structural catalyst models used to develop practicalelectro-catalysts. We have routinely use 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 microscopy (SECM), etc., to clarify the nano-materials’ surface
reactions. We believe our research accomplishments will be directly linked to realizing the next-generation hydrogen society.

特性を調査した。断面 STEM 観察から Pt-Zr(-N) 合金層が Pt(111)

Zr-X/Pt(111) を Pt と Zr の交互堆積により気相合成し、その ORR
基 板上にエピタキシャル成長しており、最表面には 1nm 厚 程 度のPt(111) シェル層が形成されていることを確認した。作製したモデル
触媒の活性・耐久性を Fig.2 にまとめた。Zr や窒化 Zr は ORR 活性・耐久性を両立する元素・化合物であることがわかる。

ステンレス鋼電極表面の酸素発生反応
水電解による水素製造時にアノードでは酸素発生反応 OER が進行

よく規定されたモデル触媒表面の酸素還元反応
応（ORR）の触媒開発に向け、Pt 基合金ナノ粒子の合成とその特性に関する研究が精力的に行われている。ORR 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。現在、カソード側では Pt シェル /X（合金化元素）コアナ
ノ粒子が ORR 触媒として精力的に研究されている。しかし、最表面い。本研究室では超高真空（~10 -8 Pa）中においてモデル触媒を気相合成し、その解明に取り組んでいる。
◯ Pt シ ェ ル /Pd コ ア 触 媒 の 耐 久 性 向 上 に 向 け、 超 高 真 空 中（UHV;~10-8Pa）で構築した Pt/Pd(111) 表面系を対象とし、Ir 添加

Fig.1 Influence of Ir addition to the Pt/Pd(111) bimetallic
system on ORR properties (activity and durability) for thePt(111)/Pt-Zr(-N)(111) model catalysts.

54 Coexistence Activity Report 2019

◯ We discussed suitable locations for alloying Ir to enhance the ORR
properties of the Pt/Pd(111) model core-shell nano-structures. Fig. 1
clearly shows that the ORR activities of Pt/Ir/Pd(111) and Ir/Pt/Pd(111) are

Fig.2 ORR properties (activity and durability) for the Pt(111)/
Pt-Zr(-N)(111) model catalysts.

電解過程における表面酸化皮膜の構造や組成は未解明である。そこで、アルカリ浴中における SUS316 ステンレス鋼電極表面の OER 特性評
価、生成する酸化物皮膜の構造解析を行った。Fig.3 に示すように、
Fe-Ni 複合酸化物表面層が OER に対して有効であることがわかる。

研究プロジェクト、受賞
NEDO 先進低白金化技術開発、科学研究費補助金基盤研究 (B)、
トヨタ・モビリティー基金などの助成よる研究を実施し、論文および学会発表を行った。轟は第 59 回原田研究奨励賞、エネエフ基金 第8 回研究開発奨励賞などを受賞した。また、所属学生は国際および◯ We fabricated bimetallic Pt/Zr/Pt(111) and Pt/Zr-N/Pt(111) surfaces
through alternate arc-plasma depositions of Zr (in vacuum and 0.1 Pa N2
atmosphere) and Pt (in UHV) on the clean Pt (111) substrate andinvestigated the ORR properties. The cross-sectional STEM images forthe prepared Pt-Zr and Pt-Zr-N model catalysts showed that the ca. 1-nmthick Pt(111) shells can be fabricated on the Pt–Zr(-N)(111) alloy layers.
As shown in Fig.2, the ORR properties for the Pt/Zr/Pt(111) and Pt/Zr-N/
Pt(111) are clearly enhanced versus those of Pt(111), indicating that Zr andits nitride are effective as the alloying elements (compounds) for Pt-based
ORR catalysts, with excellent activity and durability.

Oxygen evolution reaction (OER)
on stainless-steel electrode surfaces
Water electrolysis is considered indispensable for the mass production ofhydrogen. Stainless-steel electrodes are investigated to reduce theoverpotential of OER, although the morphological and compositionalchanges to the electrode surface during electrolysis have yet to be clarified.
As shown in Fig.3, the SUS316 electrode surface, comprised of heterolayered Ni-Fe hydroxide/oxide nanostructures, is effective as the anode ofalkaline water electrolysis.

Research project, patent and award
We have performed for the NEDO, JSPS KAKENHI, and the Toyota
Mobility Foundation projects, and the results have been published in several
papers. N. Todoroki received the NF Foundation and Harada Research
Encouragement awards. Furthermore, our students have presented two
papers in international conferences and 15 papers in domestic conferences
and received seven awards (Fig.4).

国内会議においてそれぞれ 2 件および 15 件の成果報告を行い、計 7
件の賞を獲得した（Fig.4）。

Fig.3 Growing schematics of Ni-Fe hydroxides/oxides heterolayered nanostructures on the stainless-steel substrate during.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

近傍のミクロ構造と触媒特性の関係性については未解明の部分も多Pt-based alloy nanoparticles are effective for low-noble–metal content
oxygen-reduction reaction (ORR) cathode catalysts of proton-exchange
membrane fuel cells (PEMFCs). To obtain a comprehensive understandingof ORR mechanisms, complex nano-structures of the practical Pt shell/
Pt–M core catalysts should be modeled and investigated. In this year, wehave fabricated Pt/X hetero-layered nanostructures on a clean Pt(111)substrate, as a model of Pt-shell/Pt–X-core nano-particle catalysts, throughvacuum depositions in UHV (~10 -8 Pa) and investigated the ORR properties(pristine activity and durability) of the prepared catalysts.

する。OER 過電圧低減に向けステンレス鋼電極が検討されているが、enhanced by ca .×3 and ×4, respectively, relative to Pt/Pd(111). Furthermore,
the Ir-added Pt/Pd(111) is durable against potential-cycle loadings,
indicating that adding Ir, particularly for Pt/Ir/Pd(111), is effective for
improving the ORR properties (pristine activity and durability) of Ptshell/Pd-core-type catalysts.

先端環境創成学専攻

固体高分子形燃料電池（PEMFC）カソードで進行する酸素還元反Oxygen-reduction reaction on a well-definedmodel catalyst’s surface

Group PhotoFig.4 Certificates of academic awards.

Coexistence Activity Report 2019

55

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

客員教授 市川 和利

客員教授 森口 晃治

客員教授 松村 勝

Professor

Professor

Professor

Kazutoshi Ichikawa

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.

Koji Moriguchi

Masaru Matsumura

金属系ポリタイプの形成機構に関する理論物性研究
環境負荷軽減の軽量材料として注目される Mg や Al 等の非鉄軽金
属元素は、鉄鋼材料におけるめっきの耐食性を高める機能付加元素としても知られる元素系である。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も期待されている。ポリタイプは、積層欠陥とのアナロジーが見られる材料内部の不均一性と考えることができる。積層欠陥に起因する
高機能構造材料のさまざまな現象を理解し、機能性付加元素を使用する新しいルートを探索するために、我々は非鉄金属元素の機能発現機構に関する理論的研究を行っている。第一原理計算と ANNNI（Axial
Next-Nearest Neighbor Ising）モデルを利用した計算解析から、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、かねてから海洋油濁の防止に貢献する衝突安全性に優れた船体用高延性鋼板などのように、地球環境を最大限配慮した高機
能鉄鋼材料を高炉法から製造するプロセスの研究開発を行っている。
これは国連で定めた SDGs（Sustainable Development Goals、持出削減を目的として、一部自治体では、建築構造用鉄鋼材料に鉄スクラップをリサイクルして作られる電炉材の使用を推奨している。スクラッ
プから精錬時に除去が困難なスズなどの不純物が混入するので、鉄鋼製品の使用性能にこのような元素が及ぼす影響を明らかにしておくことが鋼構造物の健全性を担保するうえで必要である。スズは厚板の影響部靱性に及ぼすスズの影響を定式化し、炭素の単位量増加による影響に比べ、スズの影響は 1/9 程度に相当する。

合理的に分類できることがわかった（Fig.2）。

マグネタイト微粉鉱石を活用した焼結鉱組織制御
実験室検討において、低酸化度鉄源としてマグネタイト鉱石に着目し、石灰石や粉コークスと遠隔配置によって、焼結鉱被還元性および冷間強度の双方が改善する可能性を示唆する結果を得た。具体的には、マグネタイト鉱石と高 Al2O3 鉱石および造粒に必要最小限の生石灰を別系統で造粒する分割造粒法の効果を実験室規模の焼結試験で評価し、以下の知見を得た。
（1）上記分割造粒を採用すると、焼結鉱中の二価の鉄イオン減少および三価の鉄イオン増加が確認された。
これはマグネタイト鉱石の酸化促進を意味する。
（2）焼結鉱組織は、
気孔統合抑制、気孔低円形度、鉱物微細化等の溶融抑制の特徴を示した（Fig.3）。
（3）上記（1）（2）より、溶融反応抑制がマグネタイト鉱
石酸化を促進し、その酸化熱増大により強度向上、および還元性の良好な微細ヘマタイト形成に結び付いた。

Fig.1 Influence of Sn on toughness of steel.

Sinter structure control using magnetite ore fines
A laboratory-scale study suggested the possibility of improving the
reducibility and strength of sinter through magnetite fine separated fromlimestone and coke fine in a sinter-packed bed. Specifically, a separate
granulation method was examined, in which magnetite ore fines and highAl 2O3 iron ore were blended with the minimum amount of quicklime
necessary for granulation in the separating granulation route. The
following findings were obtained: (1) the separate granulation system
shown above decreases ferrous (Fe2+) oxide and increases ferric (Fe3+)oxide in sinter. These findings indicate promoting the oxidation of magnetiteore. (2) The sinter structure has restricting pore integration, low pore
circularity, and fine minerals, which were matched with melt suppression
during sintering (Fig.3). (3) From (1) and (2), melt suppression promoted
the oxidation of magnetite ore. Then, increasing heat generation byoxidation reaction caused higher sinter strength, and forming oxidized
fine hematite mineral caused higher sinter reducibility.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

Z 方向（板厚方向）の靱性を著しく劣化させる（Fig.1）。さらに溶接熱We have been developing high-performance steels, such as highly ductile
steels for shipbuilding with excellent crashworthiness, that prevents marine
pollution, from the blast furnace process. This complies with the United
Nations’ Sustainable Development Goals (SDGs). Some authorities
promote the use of electric furnace steels for building structures, which
utilise recycled iron scrap in order to reduce greenhouse gas emissions.
Since impurity elements (e.g., Sn), which are difficult to be reduced via
refining processes, are introduced to steel products from scrap, theirinfluence on application performance must be carefully identified in order
to secure the soundness of steel structures. We showed that Sn apparently
deteriorates toughness in the plate thickness direction z (Fig.1). We also
quantify the engineering factors how Sn’s influence on weld heat affectedzone toughness. The magnitude of the influence of the unit increase in Sn
on HAZ is in the order of 1/9, compared to that of carbon.

ポリタイプ形成における母相の金属元素は、層間相互作用の観点から

Nonferrous metallic elements such as Mg and Al, which are attracting
attention as lightweight materials for reducing environmental load, arealso known as functional chemical elements that enhance the corrosion
resistance of Zn plating on steel. Notable material science knowledge, suchas about synchronized long-period stacking-ordered (LPSO) structures(i.e., polytypes) and their kink-band strengthening mechanism, has been
discovered and accumulated in Japan. The knowledge of recent Mg-based
alloys is therefore expected to be not only adapted for practical applications
but also used for horizontal development, to create new functions in othermaterials. The polytypes can be considered as heterogeneity in materials,
with the analogy of stacking faults (SFs). In order to understand the various
phenomena of high-performance structural materials resulting fromstacking faults and to explore new routes for using functional chemicalelements, we have theoretically investigated the mechanisms of thefunctional development of nonferrous metallic elements. Based on firstprinciples analyses along with the axial next-nearest neighbor Ising(ANNNI) model, metallic elements of the parent phase in the polytypeformation can be reasonably classified, from the perspective of interlayerinteractions (Fig. 2).

先端環境創成学専攻

続可能な開発目標）にも整合する。一方で、最近、温室効果ガスの排Structural steels for safe and secure society
adapting to the environment

Theoretical study on the formation mechanismsof metallic polytypes

Fig.2 ANNNI phase diagram for SF.
Fig.3 Sinter microstructure.

56 Coexistence Activity Report 2019

Coexistence Activity Report 2019

57

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

MIROC3.2 と今回の観測データを用いた解析により、HCl の継続的

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、地上観測にな減少は、極渦周辺域から高緯度への ClONO2 と水酸化塩素（HOCl）

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、シベリアの継続的な輸送によって引き起こされていることが世界に先駆けて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明らかとなった。さらに春先に活性な ClO が準安定な HCl に戻る

動の原因究明に向けた研究を実施している。

か ClONO 2 に戻るかのせめぎあいには、周辺の O 3 量が関連してお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.

り、その量に依存してどちらの化学種が生成されるかが明らかとなった。なお本研究 成 果は、欧 州地 球科 学連合 発行の Atmospheric
Chemistry and Physics 誌に accept された。

シベリア・ヤクーツク上空における CO 2 濃度の変動
2017 年に東シベリアのヤクーツク郊外にあるスパスカヤパッド研
究林においてロシア科学アカデミー凍土地域生物問題研究所（IBPC）

南極昭和基地における FTIR と人工衛星データ、
化学気候モデルを用いた塩素化合物の挙動解明
我々は、2007、2011 の 2 年間南極昭和基地において、フーリエ変換赤外分光器（FTIR）による太陽光を光源にした赤外分光観測を行ってきている。この観測では、極夜の時期を除き、通年にわたってオゾン（O3）、塩化水素（HCl）、硝酸（HNO3）等の量と高度分布を導出す
Envisat/MIPAS データ、及び化学気候モデル MIROC3.2 CCM の結果を併せて解析することにより、南極昭和基地上空でオゾンホールを引き起こすもととなる各種塩素化合物の挙動を解析した（Fig.1）。
その結果、冬季極渦内のオゾンを破壊する一酸化塩素（ClO）と準安定な硝酸塩素（ClONO2）との間に反相関関係があることが見出さことが明らかとなった。また、MIROC3.2 を用いた解析（Fig.2）での観測を開始した。航空機は高度 3000m から 100m まで、タワーは高度 30m または 20m で月に 1-2 度の頻度で採取を行った。
Fig.3 に高度 3000m とタワー頂部における CO2 濃 度の 観 測 値とフィッティングカーブを示す。2018 年以降は高頻度で高品質の観測が続けられてきたことが確認できる。Fig.4 は各高度におけるフィッ
ティングカーブと経年変動である。フィッティングカーブから算出した
平均的な季節振幅は高度 3000m において 20.3 ppm、高度 2000m
では 23.3 ppm、高度 1000m では 31.4 ppm、高度 100m では
32.6 ppm、タワー頂部では 38.8 ppm であり非常に大きな振幅が内陸地域の特徴を表している。高度 1000 m 以下では春季の他に秋から初冬にかけての極大値が観測されており、この季節の境界層の影響が及ぶ高度を推し量ることができる。経年変動曲線は高度 1000m 以上で鉛直勾配がほとんど無いことから、Yakutsk 地 域全体では CO2 の放出と吸収がほぼバランスしていると考えられる。同様に
CH4 、N2O、SF6 、CO、H2 の各濃度についても内陸の森林地帯特有

は、冬季極渦の中心領域で HCl が継続的に減少していく様子が明らの変動が捉えられている。

かになった。これまでの諸外国のモデル解析ではそのような継続的

Observation of atmospheric greenhouse gases has been conducted since2017 using air sampling by an aircraft and a tower over the Spasskaya Pad
forest research site near Yakutsk, Siberia, in a collaboration with Institutefor Biological Problems of Cryolithozone (IBPC), Russian Academy of
Science. Air is sampled once or twice a month at altitudes between 100 m
and 3,000 m by aircraft and at 20 m or 30 m at the tower.
Fig.3 shows the observed data and the fitting curves of the mixing ratio of
atmospheric CO2 at 3000 m and at the top of the tower. High-frequency andhigh-quality observations have been available after 2018. Fig. 4 shows thefitting curves and trend curves for CO2 . The averaged seasonal amplitudes
derived by fitting curves were 20.3 ppm at 3,000 m, 23.3 ppm at 2,000 m,
31.4 ppm at 1000 m, 32.6 ppm at 100 m, and 38.8 ppm at the tower. These
extremely large amplitudes represent the typical features for a continental
interior with highly active vegetation. Small maximums were found in not
only spring but also late autumn or early winter below 1,000 m. The
planetary boundary layer in this season is thought to be influenced below
this altitude. Since there is no vertical difference in trend curves over
1,000 m, CO2 emissions and absorption are balanced around Spasskaya
Pad. We obtained the characteristics of variations in atmospheric species
over the forest area for not only CO2 but also CH4 , N2O, SF6 , CO, and H 2 .

な減少を再現することができずに、「HCl の矛盾」と呼ばれていたが、Fig.1 Time series of the ratios of HCl (dark or light blue), ClONO2 (yellow), and ClO(red) to total chlorine (Cly*) over Syowa Station at 18 km in (a) 2007 and in (b) 2011.

58 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Polar southern hemispheric plots for temperature,
O3, NO2, HNO3, ClO, HCl, and ClONO2 by a MIROC3.2
chemistry-climate model at 50 hPa.

Fig.3 Observed data and the fitting curves of atmospheric CO2
mixing ratio at 3000 m (top) and at the tower (bottom).

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

れた。この反相関は、昭和基地と極渦境界との距離に依存している

We made solar infrared spectroscopic measurements using ground-based
Fourier-transform infrared spectrometer (FTIR) at Syowa Station,
Antarctica, in 2007 and 2011. Vertical profiles of minor species, such as
O3, HCl, and HNO3, can be retrieved from FTIR spectra. We analyzed
temporal variations of chlorine species related to the Antarctic ozone hole,in combination with satellite measurements from Aura/MLS and Envisat/
MIPAS (Fig.1). As a result, a negative correlation was found between ClO
and ClONO2 in the winter polar vortex. This negative correlation was
associated with the relative distance between Syowa Station and the edgeof the polar vortex. We used MIROC3.2 Chemistry-Climate Model (CCM)
results to investigate how whole chlorine and related species behave inside
the polar vortex in more detail (Fig.2). Continuous loss of HCl in thewinter polar vortex core, which has not been reproduced by foreign models
to date, was successfully modelled in MIROC3.2 CCM. This continuousの協力の下、航空機とタワーを利用した大気採取による温室効果ガス

Variations in atmospheric CO2
over Yakutsk, Siberia

先端環境創成学専攻

ることが出来る。我々は今回、FTIR データと人工衛星 Aura/MLS,

Analysis of chlorine species over Syowa Station,
Antarctica, using FTIR, satellite data, andchemistry-climate model results

loss occurred due to both the transport of ClONO2 from the subpolar
region to higher latitudes, providing a flux of ClONO2 from more sunlit
latitudes into the polar vortex, and the heterogeneous reaction of HCl with
HOCl. The temporal variation of chlorine species over Syowa Station wasaffected by both heterogeneous chemistry related to polar stratosphericcloud (PSC) occurrence inside the polar vortex as well as the transport ofa NO x-rich air mass from the polar vortex boundary region, which can
produce additional ClONO2 by ClO reacting with NO2 . The deactivation
pathways from active chlorine into reservoir species (HCl and/or ClONO2)
were confirmed to be highly dependent on the availability of ambient O3.
This research was accepted in Atmospheric Chemistry and Physics,
published by the European Geosciences Union (EGU).

Fig.4 Fitting curves (top) and trend curves(bottom) for CO2 mixing ratio.
Coexistence Activity Report 201959

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

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

特任助教 齋藤 優子

特任助教 大庭 雅寛

助手 三橋 正枝Assistant Professor

Assistant Professor

Research Associate

Yuko Saito

Masahiro Oba

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。

仙台市との連携

Cooperation with Sendai City

仙台市とは、2009 年連 携協定を締 結した。2019 年 6 月には、
仙台市環境局との情報交換会を行い、今後の展望について意見を交2019 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

わした。連携に基づく活動の一つとして、9 月に開催された「エコフェ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）」】が 2 拠点立ち上がり、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。

スタ 2019」に参加し、環境科学研究科の研究や活動、たまきさんサ

本年度は拠点の活動を広く社会に発信する SDGs シンポジウムを実施した。

ロンの紹介を行った。

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.

秋田県仙北市 / 宮城県東松島市 /鹿児島県和泊町・知名町との連携

In FY2019, two interdisciplinary research groups were 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). The
ERPC also has a secretariat role. In FY2019, the Tohoku University SDGs Symposium was held to disseminate information on the groups’ societal activities.

Cooperation with Senboku City (Akita Pref.),
Higashi-Matsushima City (Miyagi Pref.), andWadomari and China Towns (Kagoshima Pref.)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。また今年、宮城県東松島市や鹿児島県和泊町ならびに知名町とそれぞれ連携協定を締結した（Figs.1 - 3）。10 月に開催された「東松島市 SDGs シンポジウム」では、大庭特任助教がパネルディスカッションのコーディネーターを務めるなど、SDGs の普及活動を行った（Fig.4）。

学際研究重点拠点シンポジウム
宮城県との連携

Cooperation with Miyagi Prefecture

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 6 月に行い、今後の展望について意見を交わした。さらに、2018 年度に開始した「希少金属等リサ
イクルシステム構築業務委託研究」を 2019 年度も継続して行った。

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 June. In addition, the ERPC
continued its 2018 research entitled “Research to construct a recycling
system for rare metal and precious metal.”

2019 年 4 月に学際研究重点拠点に認定された「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）」のキックオフシン
ポジウムを同月開催した。
また東北大学 SDGs シンポジウムとして、「エネルギー価値学創生
研究推進拠点」シンポジウム、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）」のキックオフシンポジウムを 2019 年 11 月に JST との共催で開催した（Figs.5 and 6）。東北大学全学としての取組を広く社会に発信することができた。

Fig.1 Signing ceremony of GSES – HigashiMatsushima City partnership agreement

60 Coexistence Activity Report 2019

Fig.2 Signing ceremony of GSES – Wadomari Town
partnership agreement

Fig.3 Signing ceremony of GSES – China Town
partnership agreement

Fig.4 SDGs symposium in Higashi-Matsushima City
(October 2019)

Our graduate school has had a cooperation agreement with Sendai City
since 2009. In June, an information exchange meeting was held with theEnvironmental Bureau of the City of Sendai. As one of the activities basedon the cooperation agreement, ERPC participated in Eco Festa 2019, heldin September, and introduced the activities of the Graduate School ofEnvironmental Studies at Tamaki-san salon.

The Tsuchiya Laboratory was entrusted with the research project“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. This year, our graduate school has concluded cooperationagreements with Higashi-Matsushima City and Wadomari and China
Towns (Figs 1–3). At the SDGs Symposium in Higashi-Matsushima in
October, Assistant Prof. Oba served as the coordinator of a panel discussion(Fig. 4), and the ERPC has been promoting the SDGs.

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Symposium for Interdisciplinary
Research BaseThe Interdisciplinary Studies of Novel Values on Energy for Sustainable
Development Society was recognized as an interdisciplinary researchgroup in April 2019. The kick-off symposium was held the same month.
In addition, TU-TRIPS:Tohoku University Transdisciplinary Research
Initiative for Plastic Smart was certified as a group in October 2019. The
kick-off symposium and the Tohoku University SDGs symposium were
held jointly with the Japan Science and Technology Agency (JST) in
November 2019 (Figs.5 and 6). Through this symposium, we were able todisseminate Tohoku University’s overall efforts to society.

Fig.5 Tohoku University SDGs symposium(November 2019)

Fig.6 Tohoku University SDGs symposium(November 2019)

Coexistence Activity Report 201961

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】● Highly Crystalline Single-Walled Carbon Nanotube Field
Emitters: Energy-Loss-Free High Current Output and Long
Durability with High Power. [ ACS Applied Electronic Materials, 1,
2019, 163-171] Norihiro Shimoi, Yoshinori Sato, Kazuyuki Tohji● Work function, carrier type, and conductivity of nitrogendoped single-walled carbon nanotube catalysts prepared byannealing via defluorination for efficient oxygen reduction
reaction. [Carbon, 142, 2019, 518-527] Koji Yokoyama, Yoshinori
Sato, Masashi Yamamoto, Tetsuo Nishida, Kenichi Motomiya,
Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato

2019, 1-10] 松原秀彰
●熱遮蔽コーティングの最近の研究・技術動向 [ マテリアル , 58(7),2019, 382-386] 松原秀彰

環境修復生態学分野【論文】● A multifunctional rhizobacterial strain with wide applicationin different ferns facilitates arsenic phytoremediation.
[Science of the Total Environment, 712, 2020, 134504-134514]
Chongyang Yang, Ying-Ning Ho, Ryota Makita, Chihiro Inoue,
Mei-Fang Chien● Chlorinated benzenes and benzene degradation in aerobic
pyrite suspension. [Archives of Environmental Protection,
45(1), 2019, 115-125] Hoa Thi Pham, Inoue Chihiro● Classification of coal fly ash based on pH, CaO content,
glassy components, and leachability of toxic elements.
[Environmental Monitoring and Assessment, 191, 2019, 358368] Tsugumi Seki, Yasumasa Ogawa, Chihiro Inoue● Comparative geochemical evaluation of toxic metals

環境素材設計学分野【論文】● Adhesion behavior of microorganisms isolated from soil onhydroxyapatite and other materials. [Appl. Biochem. Biotechnol.,187, 2019, 984 -993] Masanobu Kamitakahara, Shohei
Takahashi, Taishi Yokoi, Chihiro Inoue, Koji Ioku
● Experimental and computational study on sintering of
ceramic coating layers with complex porous structures.
[Journal of the American Ceramic Society, 103, 2020, 20352047] Sota Terasaka, Hideaki Matsubara, Takashi Shirato,
Masanobu Kamitakahara, Taishi Yokoi, Norio Yamaguchi, ByungNam Kim● Inhibition Effect of Ti (C,N) Particle Dispersion on Grain
Growth of WC-Co Cemented Carbide. [Materials Transactions,60(5), 2019, 785-792] Masayuki Takada, Hideaki Matsubara,
Yoshihiro Mori and Tetsushi Matsuda● Theoretical analysis of experimental densification kinetics
in final sintering stage of nano-sized zirconia. [Journal of theEuropean Ceramic Society, 39, 2019, 1359-1365] B.-N. Kim, T.S.
Suzuki, K. Morita, H. Yoshida, J.-G. Ki, H. Matsubara●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挙動の解析 [ 粉体および粉末冶金 , 66,(6), 2019, 266-274] 松本修次，
松原秀彰，本多淳史●モンテカルロ法による液相存在下の焼結の計算機シミュレーション [ 粉体および粉末冶金 , 66,(6), 2019, 259-265] 松本修次，松原秀彰，清水正義，野村浩【総説・解説】●粉末冶金とは [ 新粉末冶金入門講座テキスト（粉体粉末冶金協会）,

62 Coexistence Activity Report 2019

Hazardous Materials, 387, 2020, 121695-121705] John Jewish[Geofluids, Article ID 3031586, 2019] Fajar F. Amanda, Ryoichi

A. Dominguez, Chihiro Inoue and Mei-Fang Chien

Yamada, Masaoki Uno, Satoshi Okumura, and Noriyoshi Tsuchiya● Identification of a novel arsenic resistance transposon● Evidence for multiple stages of serpentinization from thenested in a mercury resistance transposon of Bacillus sp.

mantle through the crust in the Redwood City Serpentinite

MB24. [Microorganisms, 7(11), 2019, 566-576] Mei-Fang Chien,mélange along the San Andreas Fault in California. [Lithos, 336-

Ying-Ning Ho, Hui-Erh Yang, Masaru Narita, Keisuke Miyauchi,337(15), 2019, 276-292] Masaoki Uno, Stephen Kirby

Ginro Endo, Chieh-Chen Huang● Fault weakening caused by smectite swelling. [Earth, Planets● MerB3, an organomercurial lyase of Bacillus as an antidote

and Space, 71, 2019, 131-131] Jun Kameda, Masaoki Uno,against organomercurial poisoning. [Journal of Environmental

Marianne Conin, Kohtaro Ujiie, Yohei Hamada, Gaku Kimura

Biotechnology, 19(1), 2019, 73-80] Mei-Fang Chien, Ying-Ning● Formation of secondary olivine after orthopyroxene during

Ho, Hui-Tzu Lin, Kuo-Hsing Lin, Ginro Endo, Chieh-Chen Huang

hydration of mantle wedge: evidence from the Khantaishir● Phosphorus- and iron-deficiency stresses affect arsenic

Ophiolite, western Mongolia. [Contributions to Mineralogy andaccumulation and root exudates in Pteris vittata . [International

Petrology, 174(86), 2019, 1-22] Otgonbayar Dandar, Atsushi

Journal of Environmental Science and Development, 10(12),Okamoto, Masaoki Uno, Ryosuke Oyanagi, Takayoshi Nagaya,

2019, 430-434] Chongyang Yang, Mei-Fang Chien, Ying-Ning

Ulziiburen Burenjargal, Tsuyoshi Miyamoto, Noriyoshi Tsuchiya

Ho, Chihiro Inoue● Fractionation of rare earth elements (REEs) and actinides(U● Simultaneous removal of lead(II) and nitrate from water atand Th) originating from acid thermal water during artificial andlow voltage. [Journal of Water Process Engineering, 32, 2019,natural neutralization processes of surface waters. [Geochimica

100940-100940] Xufeng Rao, Qingyu Li, Chihiro Inoue, Irshad

Cosmochimica Acta, 249, 2019, 247-262] Yasumasa Ogawaa,

Ahmad, Jin Yi, Yuyu Liu, Jiujun Zhang

Daizo Ishiyama, Naotatsu Shikazono, Kenta Iwane, Tomonori● Simultaneous removal of lead(II) and nitrate from water

Hoshino, Masahiro Kajiwara, Noriyoshi Tsuchiya, Bernhardt Saini-

at low voltage by using aluminum and iron electrodes.

Eidukat, Scott A. Wood

[Chemosphere, in press] Xufeng Rao, Xiaolin Shao, Jinli Qiao,● Geological and engineering features of developing ultra-high-Hongqiang Wang, Qingyu Lid, Jiawei Sheng, Mei-Fang Chien,temperature geothermal systems in the world. [Geothermics, 82,

Chihiro Inoue, Jin Yi, Yuyu Liu, Jiujun Zhang

2019, 267-281] Okamoto, K, Asanuma, H., Ishibashia, T., Yamaya,
Y., Saishua, H., Yanagisawa, N., Mogi, T., Tsuchiya, N., Okamoto, A.,

pollution and bacterial communities of industrial effluent

Naganawa, S., Ogawa, Y., Ishitsuka, K., Fujimitsu, Y., Kitamura, K.,

tributary and a receiving estuary in Nigeria. [Chemosphere,
227, 2019, 638-646] Ganiyu O. Oyetibo, Keisuke Miyauchi, Yi
Huang, Wakako Ikeda-Ohtsubo, Mei-Fang Chien, Matthew O.
Ilori, Olukayode O. Amund, Ginro Endo
● Cupriavidus basilensis strain r507, a toxic arsenic
phy toex traction fa cili t a to r, p ote nt ia te s t he arse nic
a ccu mu la t i o n by P teris vit tata . [ Ecotox i co l o g y a n dEnvironmental Safety, 190, 2019] Chongyang Yang, Ying-Ning
Ho, Ryota Makita, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien● Efficient nitrate removal from water using selected cathodes
and Ti/PbO 2 anode: Experimental study and mechanism
verification. [Separation and Purification Technology, 216,
2019, 158-165] Xufeng Rao, Xiaolin Shao, Jie Xua, Jin Yi, Jinli
Qiao, Qingyu Li, Hongqiang Wang, Mei-Fang Chien, Chihiro
Inoue, Yuyu Liu, Jiujun Zhang● Enhanced degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) in the rhizosphere of sudangrass ( Sorghum ×

drummondii ). [Chemosphere, 234, 2019, 789-795] John
Jewish A. Dominguez, Hernando P. Bacosa, Mei-Fang Chien,
and Chihiro Inoue● Enrichment and analysis of stable 1,4-dioxane-degrading
microbial consortia consisting of novel dioxane-degraders.
[Microorganisms, 8, 2020, 50-60] Tanmoy Roy Tusher, Takuya
Shimizu, Chihiro Inoue and Mei‐Fang Chien● Hydroponic approach to assess rhizodegradation by
sudangrass ( Sorghum × drummondii ) reveals pH- andplant age-dependent variability in bacterial degradationof polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). [Journal of

地球物質・エネルギー学分野

Kajiwara, T., Horimoto, S., Shimadai, K.
● Mechanisms and possible applications of the Al-H2O reaction【論文】

under extreme pH and low hydrothermal temperatures.

● Acceleration of hydrogen production along water-olivine-[International Journal of Hydrogen Energy, 44(57), 2019, 29903-

CO2 reactions via high-temperature Fe(II) release. [International

29921] Vani Novita Alviani, Putri Setiani, Masaoki Uno, Masahiro

Journal of Hydrogen Energy, 44(23), 2019, 11514–11524] Wang,

Oba, Nobuo Hirano, Noriaki Watanabe, Noriyoshi Tsuchiya, Hanae

Jiajie; Watanabe Noriaki; Okamoto, Atsush; Nakamura, Kengo;

SaishuKomai, Takeshi;● Pyroxene control of H2 production and carbon storage during● Brine infiltration in the middle to lower crust in a collision zone:

water-peridotite-CO2 hydrothermal reactions. [International

Mass transfer and microtexture development through wet grain-

Journal of Hydrogen Energy, 44(49), 2019, 26835-26847] Wang

boundary diffusion. [Journal of Petrology, 60(2), 2019, 329-

J., Watanabe N., Okamoto, A., Nakamura, K., Komai, T.

358] Higashino, F., Kawakami, T., Tsuchiya, N., Satish-Kumar, M.,● Silica nanoparticles produced by explosive flash vaporization

Ishikawa, M., Grantham, G.H., Sakata, S., Hirata, T.

during earthquakes. [Scientific Reports, 9, 2019, 9738-9747]● Cloud-fracture networks as a means of accessing superhot

Takashi Amaga, Atsushi Okamoto, Takamasa Niibe, Nobuo

geothermal energy [Scientific Reports, 9 (Article number: 939),

Hirano,Kenichi Motomiya1 & Noriyoshi Tsuchiya

2019] Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Ryota Goto,● Stabilizing and enhancing permeability for sustainable

Takahiro Miura, Kota Yamane, Takuya Ishibashi, Youqing Chen,and profitable energy extraction from superhot geothermal

Takeshi Komai, Noriyoshi Tsuchiya

environments. [Applied Energy, 260(15), 2020 114306] Noriaki● Enhanced hydrogen production with carbon storage by olivine

Watanabe, Kohei Saito, Atsushi Okamoto, Kengo Nakamura,alteration in CO2 -rich hydrothermal environments. [Journal

Takuya Ishibashi,Hanae Saishu, Takeshi Komai, and Noriyoshi

of CO2 Utilization, 30, 2019, 205-213] Wang J. , Watanabe N.,

TsuchiyaOkamoto, A., Nakamura, K., Komai, T.

● Trace element compositions of amphiboles in gabbro● Enhancement of permeability activated by supercritical fluid

mylonites from the Godzilla Megamullion, Parece Vela Basin,flow through granite. [Geofluids, Article ID 6053815, 2019, 1-16]

Philippine Sea. [Lithos, 344, 2019, 217-231] Harigane Y., Okamoto

Tsuyoshi Nohara, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya

A, Morishita T, Snow JE, Tamura A, Yamashita H, Michibayashi K,● Evaluation of caldera hosted geothermal potential during

Ohara Y, Arai S

volcanism and magmatism in subduction system, NE Japan.

● Utilization of Geothermal Hot Spring for Hydrogen Production

Coexistence Activity Report 201963

エネルギー資源学講座

エネルギー資源リスク評価学分野

Masahiro Oba, Nobuo Hirano, Noriaki Watanabe, Noriyoshi

分散エネルギーシステム学分野【論文】

Tsuchiya and Hanae Saishu【論文】●盛岡市繋温泉地期における中新統デイサイト質火砕岩類中の石英の熱● Achievements of NEDO Durability Projects on SOFC Stacks

発光挙動と地熱探査 . [ 日本地熱学会誌 , 41, 2019, 15-26] 斉藤遼一，

in the Light of Physicochemical Mechanisms. [Fuel Cells, 19(4),宍倉美里，赤塚貴史，梶原竜哉，平野伸夫，土屋範芳

2019, 311-339] Yokokawa H, Suzuki M, Yoda M, Suto T, Tomida●脆性から延性を示す条件下における単一き裂を有する模擬岩石の力学

K, Hiwatashi K, Shimazu M, Kawakami A, Sumi H, Ohmori

挙動と浸透率. [Journal of MMIJ (Web), 135(3), 2019, 25-30] 武山詳，M, Ryu T, Mori N, Iha M, Yatsuzuka S, Yamaji K, Kishimoto H,

坂口清敏，渡邉則昭，土屋範芳

Develos-Bagarinao K, Shimonosono T, Sasaki K, Taniguchi【総説・解説】

S, Kawada T, Muramatsu M, Terada K, Eguchi K, Matsui T,●エルサルバドルにおける地熱開発促進と人材育成 . [ 資源・素材 (Web),

Iwai H, Kishimoto M, Shikazono N, Mugikura Y, Yamamoto

2019] 山岸裕幸，土屋範芳

T, Yoshikawa M, Yasumoto K, Asano K, Matsuzaki Y, Sato K,●機械学習を用いた地熱地域の温度構造推定手法の開発 . [ 資源・素材

Somekawa T.

(Web), 2019] 石塚師也，小林洋介，宇郷翼，鈴木浩一，茂木透，渡邉教弘，● Contraction of Porous Nickel during Low Temperature

山谷祐介，岡本京祐，村田泰章，浅沼宏，鈴木杏奈，岡本敦，土屋範芳，Oxidation. [ECS Transactions, 91(1), 2019, 1979-1984] Yutaro

北村圭吾，梶原竜哉，杉本健，斎藤遼一

Morishita, Fei Zhao, Satoshi Watanabe, Keiji Yashiro, Tatsuya●講座：汎用機器を用いた土壌分析の現在 ―電磁波を用いた分析― 2.

Kawada蛍光 X 線分析法による土壌中の多元素の同時ないし迅速逐次分析 [ 日本

● Correlation between Electrode Reaction and Chromium

土壌肥料学雑誌 , 90(6), 2019, 461–467] 山崎慎一

Deposition in SOFC Cathodes. [ECS Transactions, 91(1), 2019,by Al-H2O Hydrothermal Reaction. [ 日本地熱学会誌 , 41(3), 2019,
101-108] Vani Novita Alviani, Takuya Kosaka, Masahiro Uno,

1231-1237] Shota Kageyama, Yusuke Shindo, Yoshinobu
Fujimaki, Keita Mizuno, Yuta Kimura, Takashi Nakamura,

地球開発環境学分野【論文】● Mechanical Behavior Comparison of Cemented Sludge
Reinforced by Waste Material and Several Crop Residues. [Journalof Advanced Experimental Mechanics, 4, 2019, 186-191] Thanh
Nga DUONG, Tomoaki SATOMI and Hiroshi TAKAHASHI● Tensile behaviors of natural fiber and cement reinforced soil
subjected to direct tensile test. [Journal of Building Emgineering,24, 2019, 1-10] Khiem Quang Tran, Tomoaki Satomi, Hiroshi
Takahashi●繊維質固化処理土の強度定数に関する研究 . [ テラメカニックス , 39,
2019, 95-98] 高橋弘，窪田春香，松島昂汰，里見知昭●軟弱泥土のバケット掘削における抵抗力と地盤強度に関する研究 . [ テラメカニックス , 39, 2019, 117-122] 高橋裕介，里見知昭，高橋弘

Fumitada Iguchi, Keiji Yashiro, Hiroo Yugami, Tatsuya Kawada,
Koji Amezawa● Evaluation Method of Current Distribution in SOFC in
Operation. [ECS Transactions, 91(1), 2019, 579-588] Takashi
Tsuchikura, Tadashi Sakamoto, Tenyo Zukawa, Hirofumi Sumi,
Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Toshiyuki Hashida, Tatsuya Kawada● Evaluation of electrochemical properties of LaNi0.6Fe0.4O3−δ
- Ce0.9Gd0.1O1.95 composite as air electrode for SOFC. [Solid
State Ionics, 332, 2019, 70-76] Budiman R.A, Hashimoto S,
Fujimaki Y, Nakamura T, Yashiro K, Amezawa K, Kawada T.
● Evaluation of Titanium Based Alloys as Interconnects for
the Light Weight SOFC System. [ECS Transactions, 91(1),2019, 2279-2290] Keiko Kobayashi, Ryuichi Miyata, Keiji
Yashiro, Hitoshi Takamura, Kyosuke Yoshimi, Tatsuya Kawada,
Shinichi Hashimoto, Keiichi Okai
● Material Development Strategy of Lightweight Solid
Oxide Fuel Cells for Airplane System Electrification. [ECS

地球開発環境学分野（坂口研）【論文】● Cloud-fracture networks as a means of accessing superhot
geothermal energy [Scientific Reports, 9 (Article number: 939),
2019] Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Ryota Goto,
Takahiro Miura, Kota Yamane, Takuya Ishibashi, Youqing Chen,
Takeshi Komai, Noriyoshi Tsuchiya●脆性から延性を示す条件下における単一き裂を有する模擬岩石の力学
挙動と浸透率 . [Journal of MMIJ, 135(3), 2019, 25-30] 武山祥，坂口清敏，渡邊則昭，土屋範芳

Transactions, 91(1), 2019, 311-318] Shinichi Hashimoto,Tomohisa Hirota, Kenji Suzuki, Tomoaki Namioka, Hibiki
Ito, Ryuichi Miyata, Keiko Kobayashi, Keiji Yashiro, Hitoshi
Takamura, Tatsuya Kawada, Kyosuke Yoshimi, Norito Kijima,
Takaaki Manabe, Tetsuo Tsuchiya, Takayuki Kojima, Keiichi Okai
● Study of CaTiO3 Based Ionic Conductors for Lightweight
SOFCs. [ECS Transactions, 91(1), 2019, 1217-1222] Kenji
Suzuki, Yuna Kouchi, Tomohisa Hirota, H Kato, Tomoaki
Namioka, Hibiki Ito, Hyun-Jin Hong, Keiji Yashiro, Tatsuya
Kawada, Keiichi Okai, Shinichi Hashimoto● Variation of Mechanical Properties of YSZ upon Cubic to
Tetragonal Phase Transformation Promoted by Impurity Ni. [ECSTransactions, 91(1), 2019, 837-845] Hitomi Umemura, Chikara
Sekizawa, Satoshi Watanabe, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada● A Case Study of Natural Attenuation of ChlorinatedSolvents Under Unstable Groundwater Conditions in
Takahata, Japan. [Bulletin of Environmental Contamination and
Toxicology, 102(2), 2019, 280-286] Yoshishige Kawabe, Takeshi
Komai, Takeshi Komai● Acceleration of hydrogen production during water-olivineCO2 reactions via high-temperature-facilitated Fe(II) release.
[International Journal of Hydrogen Energy, 44(23), 2019,
11514-11524] J. Wang, N. Watanabe, A. Okamoto, K. Nakamura,
T. Komai● Cloud-fracture networks as a means of accessing superhot
geothermal energy. [Scientific Reports, 9(939), 2019, 1-11]
Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Ryota Goto, Takahiro
Miura, Kota Yamane, Takuya Ishibashi, Youqing Chen, Takeshi
Komai, Noriyoshi Tsuchiya● Construction of a conceptual model for confinedgroundwater flow in the Gunii Khooloi Basin, Southern Gobi
Region, Mongolia. [Hydrogeology Journal, 27(2), 2019, 1-16]

fracture networks suggested via fluid flow analysis in the
Yufutsu fractured oil/gas reservoir. [Journal of Petroleum
Science and Engineering, 178, 2019, 838-851] T. Ishibashi, N.
Watanabe, T. Tamagawa, N. Tsuchiya●脆性から延性を示す条件下における単一き裂を有する 模擬岩石の力
学挙動と浸透率 . [Journal of MMIJ, 135(3), 2019, 25-30] 武山詳，
坂口清敏，渡邉則昭，土屋範芳●津波堆積物に含有する重金属等の化学組成と地下水・土壌への影響 .
[ 日本地下水学会誌 , 61(1), 2019, 47-54] 駒井武●難透水性地盤におけるバイオレメディエーションのための浄化促進剤投入方式 に関するウォータージェットを用いた現場実証試験 . [ 地盤工学ジャーナル , 14(2), 2019, 149-159] 上沢進，張銘，Robert C.
Borden，駒井武●難透水性地盤におけるバイオレメディエーションのための浄化促進剤投入方式に関する研究 ―基本性能に関する理論的検討―. [ 地盤工学
ジャーナル , 14(2), 2019, 141-148] 上沢進，張銘，駒井武【総説・解説】●豊洲市場土壌汚染問題の教訓 . [ 環境管理 , 55(6), 2019, 26-33] 駒
井武

Batdemberel Bayanzul, Kengo Nakamura, Isao Machida,
Noriaki Watanabe, Komai Takeshi● Enhanced hydrogen production with carbon storage byolivine alteration in CO 2 -rich hydrothermal environments.
[Journal of CO2 Utilization, 30(3), 2019, 205-213] J. Wang, N.
Watanabe, A. Okamoto, K. Nakamura, T. Komai● Geochemical Investigation of Metals and Trace Elements
around the Abandoned Cu-Ni Mine Site in Selibe Phikwe,
Botswana. [Journal of Geoscience and Environment Protection,
7(5), 2019, 275-293] Fiona S. Motswaiso, Kengo Nakamura,
Noriaki Watanabe, Takeshi Komai● Local non-vuggy modeling and relations among porosity,
permeability and preferential flow for vuggy carbonates.
[Engineering Geology, 258(8), 2019, 197-206] N. Watanabe, H.
Kusanagi, T. Shimazu, M. Yagi
● Mechanisms and possible applications of the Al H 2 O reaction under extreme pH and low hydrothermal
temperatures. [International Journal of Hydrogen Energy,
accepted] V. N. Alviani, P. Setiani, M. Uno, M. Oba, N. Hirano, N.
Watanabe, N. Tsuchiya, H. Saishu● NaHCO3 -promoted olivine weathering with H2 generation
and CO2 sequestration in alkaline hydrothermal system. [Earthand Environmental Science, 257(12017), 2019, 1-7] J Wang, K
Nakamura, N Watanabe, A Okamoto and T Komai● Numerical Study on Enhanced Gas Recover y from
Methane Hydrate Reservoir During In-situ Heating Processby Acid Injection. [International Journal of Offshore and Polar
Engineering, 29(3), 2019, 347-358] Yasuhide Sakamoto, Fuyuki
Kaneko, Yusuke Nakano, Kengo Nakamura, Takeshi Komai● Pyroxene control of H2 production and carbon storage
during water-peridotite - CO 2 hydrothermal reactions.
[International Journal of Hydrogen Energy, 44(49), 2019,26835-26847] Jiajie Wang, Noriaki Watanabe, Atsushi
Okamoto, Kengo Nakamura,Takeshi Komai

64 Coexistence Activity Report 2019

● Three-dimensional channeling flow within subsurface rock

環境共生機能学分野【論文】● Aqueous Chemical Synthesis and Consolidation of SizeControlled Bi 2Te 3 Nanoparticles for Low-Cost and HighPerformance Thermoelectric Materials. [JOURNAL OF
ELECTRONIC MATERIALS, 48(5), 2019, 2700-2711] Nakamoto
Tatsuichiro, Yokoyama Shun, Takamatsu Tomohisa, Harata
Koichi, Motomiya Kenichi, Takahashi Hideyuki, Miyazaki Yuzuru,
Tohji Kazuyuki● Bandgap engineering of NiWO 4/CdS solid Z-scheme
system via an ion-exchange reaction. [APPLIED CATALYSIS
B-ENVIRONMENTAL, 241, 2019, 284-291] Li Mingjie, Yokoyama
Shun, Takahashi Hideyuki, Tohji Kazuyuki● Designed synthesis of highly catalytic Ni–Pt nanoparticles
for fuel cell applications. [SN Applied Sciences, 1:124, 2019]
K. Taniguchi, K. Shinoda, Jhon L, Huaman, S. Yokoyama,
M. Uchikoshi, T. Matsumoto, K. Suzuki, H. Miyamura, B.
Jeyadevan● Electricity Generation by a Methanogen Cathode Microbial
Fuel Cell. [Journal of Animal Production Environment Science,
19, 2019, in press] Masaki UMETSU, Yasuhiro FUKUDA,
Hideyuki TAKAHASHI, Chika TADA
● Functional Group Distribution of the Carrier Surface
Influences Adhesion of Methanothermobacter
thermautotrophicus. [Archaea, 2019] Masaki Umetsu, Takaaki
Sunouchi, Yasuhiro Fukuda, Hideyuki Takahashi and Chika
Tada● Surface treatment of Cu nanowires using hydroxy acids
to form oxide-free Cu junctions for high-performancetransparent conductive films. [Colloids and Surfaces A:
Physicochemical and Engineering Aspects, 583(20), 2019,

Coexistence Activity Report 201965

123939] Shun Yokoyama, Honoka Kimura, Hiroki Oikawa,

1555-1563] Nakajima Kenichi, Noda Shoichiro, Nansai Keisuke,

Kenichi Motomiya; Balachandran Jeyadevan, Hideyuki

Matsubae Kazuyo, Takayanagi Wataru, Tomita Makoto

Takahashi,● Mining, land restoration and sustainable development
in isolated islands: An industrial ecology perspective on
extractive transitions on Nauru. [AMBIO, 48(4), 2019, 397-408]

国際エネルギー資源学分野

Clifford Martin J., Ali Saleem H., Matsubae Kazuyo

imaginaries in Japan and Fukushima around transitions tohydrogen and renewables. [Energy Research & Social Science,49, 2019, 209-218] Trencher, Gregory; van der Heijden, Jeroen● Discursive resistance to phasing out coal-fired electricity:
Narratives in Japan's coal regime. [Energy Policy, 132, 2019,782-796] Trencher, G., N. Healy, K. Hasegawa & J. Asuka● Instrument interactions and relationships in policy mixes:
Achieving complementarity in building energy efficiency
policies in New York, Sydney and Tokyo. [Energy Research &Social Science, 54, 2019, 34-45] Gregory Trencher, Jeroen vander Heijden● Understanding Nature through Photography: An Empirical
Analysis of the Intents of Nature Photographers and thePreparatory Process. [Environmental Communication, 13(8),2019, 1053-1068] Naoyuki Ohara, Yasuhiro Yamanaka, Gregory
Trencher●Stretching “smart”: advancing health and well-being throughthe smart city agenda. [Local Environment, 24, 2019, 610-627]
Trencher, G. & A. Karvonen● Transformative capacity and local action for urban
sustainability. [Ambio, 8, 2019, 449-462] Castán Broto, V., G.
Trencher, E. Iwaszuk & L. Westman● Towards the smar t city 2.0: Empirical evidence ofusing smartness as a tool for tackling social challenges.
[Technological Forecasting & Social Change, 142, 2019, 117128] Trencher, G.

寄附講座 （DOWA ホールディングス）環境物質政策学講座
環境物質政策学分野【論文】● Conductive Effect of Increased Crystallinity of SingleWalled Carbon Nanotubes as Field Emitter. [Perspective ofCarbon Nanotubes, 1(1), 2019, 1-18] SHIMOI Norihiro● Field-emission durability employing highly crystalline singlewalled carbon nanotubes in a low vacuum with activated gas.
[Journal of Physics D: Applied Physics, 52, 2019, 505303505303] Norihiro Shimoi, Kazuyuki Tohji● Highly Crystalline Single-Walled Carbon Nanotube Field
Emitters: Energy Loss-Free High Current Output and Long
Durability with High Power. [ACS Applied Electronic Materials,
2019(1), 2019, 163-171] Norihiro Shimoi, Yoshinori Sato,
Kazuyuki Tohji● Nonthermal crystal bridging of ZnO nanoparticles by
nonequilibrium excitation reaction of electrons and plasma
without cross-linking agent on plastic substrate. [Journal of
Alloys and Compounds, 797(15), 2019, 676-683] Norihiro
Shimoi, Shun-Ichiro Tanaka● Selection of optimum binder for powder silicon anode inlithium-ion batteries based on the impact of its molecular
structure on charge-discharge behaviour. [Coatings, 9(11),2019, 732-732] SHIMOI, Norihiro

【論文】

【著書】

TECHNIQUES, 107(1), 2019] Zhang Zhengyang, Takeyama
Kentaro, Ohno Hajime, Matsubae Kazuyo, Nakajima Kenichi,
Nagasaka Tetsuya● Estimating Tsunami Economic Losses of Okinawa Islandwith Multi-Regional-Input-Output Modeling. [GEOSCIENCES,
9(8), 2019] Pakoksung Kwanchai, Suppasri Anawat, Matsubae
Kazuyo, Imamura Fumihikoultra-high-temperature geothermal systems in the world.

Norio Yanagisawa, Toru Mogi, Noriyoshi Tsuchiya, Atsushi
Okamoto, Shigemi Naganawa, Yasuo Ogawa, Kazuya Ishitsuka,
Yasuhiro Fujimitsu, Keigo Kitamura, Tatsuya Kajiwara, Seiki
Horimoto, Kuniaki Shimada● Groundwater response to tidal fluctuations in a leaky
confined coastal aquifer with a finite length [Hydrological
Processes, 33, 2019, 2551-2560] Zhixue Zhao, XiaoguangWang, Yonghong Hao, Tongke Wang, Abderrahim Jardani,
Herve Jourde, Tian-Chyi Jim Yeh, Ming Zhang● Numerical Study on the Application of In-situ Low
Temperature Oxidation for Enhanced Recovery from Methane
Hydrate Reservoir [INTERNATIONAL JOURNAL OF OFFSHORE
AND POLAR ENGINEERING (In press)] Yasuhide Sakamoto,
Fuyuki Kaneko, Yusuke Nakano, Kengo Nakamura, Takeshi
Komai● Numerical Study on Enhanced Gas Recovery from Methane
Hydrate Reservoir during In Situ Heating Process by Acid
Injection [INTERNATIONAL JOURNAL OF OFFSHORE AND
POLAR ENGINEERING, 29(3), 2019, 347-358] Yasuhide
Sakamoto, Fuyuki Kaneko, Yusuke Nakano, Kengo Nakamura,Takeshi Komai●難透水性地盤におけるバイオレメディエーションのための浄化促進剤投入方式に関するウォータージェットを用いた現場実証試験 [ 地盤工学ジャーナル , 14(2), 2019, 149-159] 上沢進，張銘，Robert C.
Borden，駒井武●難透水性地盤におけるバイオレメディエーションのための浄化促進剤投入方式に関する研究 [ 地盤工学ジャーナル , 14(2), 2019, 141-148]
上沢進，張銘，駒井武

plane under-gate electrode. [Journal of Vacuum Science &Technology B, 37(2), 2019, 021201-1] Shoichi Kumon, Norihiroin special steel from automobile recycling. [MATERIAUX &● Geological and engineering features of developing

single-walled carbon nanotubes in a triode structure with in-

環境・エネルギー経済学分野● An estimation of the amount of dissipated alloy elements【論文】

Asanuma, Takuya Ishibashi, Yusuke Yamaya, Hanae Saishu,● Simple planar field-electron emitter using highly crystalline

環境政策学講座

環境リスク評価学分野[Geothermics,82, 2019, 267-281] Kyosuke Okamoto, Hiroshi【論文】● Contradictory but also complementary: National and local

連携講座

Shimoi● Perspective of Carbon Nanotubes. [InTech-open science,
2019] Norihiro Shimoi, etc●カーボンナノチューブの表面処理・分散技術と複合化事例 （. 『カーボンナノチューブを利用した電子材料の開発』）[ 技術情報協会 , 2019] 下
位法弘 ほか【特許】● ZnO 薄膜の製造方法、透明電極の製造方法、ZnO 薄膜、および透明電極 [ 特願 2019-228641] 下位法弘，田中俊一郎● Global Distribution of Used and Unused Extracted Materials
Induced by Consumption of Iron, Copper, and Nickel.
[ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY, 53(3), 2019,

66 Coexistence Activity Report 2019

Coexistence Activity Report 201967

先端環境創成学専攻
基幹講座
都市環境・環境地理学講座
自然 / 人間環境地理学分野【論文】● Associations of neighborhood walkability with intensityand
about-specific physical activity and sedentary behavior ofolder adults in Japan. [Geriatrics & gerontology international,
2019, 861-867] Amagasa S, Inoue S, Fukushima N, Kikuchi H,
Nakaya T, Hanibuchi T, Sallis JF, Owen N● Cognitive Function of Elderly Persons in Japanese
Neighborhoods: The Role of Street Layout. [American journalof Alzheimer's disease and other dementias, 34(6), 2019, 381389] Koohsari MJ, Nakaya T, McCormack GR, Shibata A, Ishii K,
Yasunaga A, Oka K● Diet Quality Affects the Association between CensusBased Neighborhood Deprivation and All-Cause Mortality inJapanese Men and Women: The Japan Public Health CenterBased Prospective Study. [Nutrients 11(9), 2019, pii: E2194.
doi:10.3390/nu11092194] Kurotani K, Honjo K, Nakaya T,
Ikeda A, Mizoue T, Sawada N, Tsugane S, Japan, Public HealthCenter-based Prospective Study Group● Dog -walking in dense compact areas: The role ofneighbourhood built environment. [Health and Place,2019(Epub ahead of print)] Mohammad Javad Koohsari,
Tomoki Nakaya, Gavin R. McCormack, Ai Shibata, Kaori Ishii,
Akitomo Yasunaga, Yung Liao, Koichiro Oka● Equality of Treatment for Hip Fracture Irrespective ofRegional Differences in Socioeconomic Status: Analysis
of Nationwide Hospital Claims Data in Japan. [The Tohoku
journal of experimental medicine, 247(3), 2019, 161-171]
Tomioka S, Fujino Y, Nakaya T, Ohtani M, Kubo T, Matsuda S● Evidence for urban design and public health policy andpractice: Space Syntax metrics and neighborhood walking.
[Health and Place, 2019(Epub ahead of print)] Gavin R.
McCormack, Mohammad Javad Koohsari, Liam Turley, Tomoki
Nakaya, Ai Shibata, Kaori Ishii, Akitomo Yasunaga, Koichiro Oka● Factors influencing the proportion of non-examinees in
the Fukushima Health Management Survey for childhood andTsunami. [ASM Science Journal Special Issue, 2019 (in press)]● Morphology Change and Carburization Characteristic of

Satoshi Okabe, Naoya Ohta, Mohan Amarasiri, Daisuke Sano

Tashiro, A., Nakaya, T.

Iron Ore-Coal Composite During Reduction under a Simulated● Specific interactions between human norovirus and● The importance of scale in spatially varying coefficient

Condition of Blast Furnace. [ISIJ International, 59 (11), 2019,environmental matrices: Effects on the virus ecology. [Viruses,

m o d e l i n g . [A n n a l s o f t h e A m e r i c a n A s s o c i a t i o n o f

1982–1990] Tsung-Yen Huang, Daisuke Maruoka, Taichi

11(3), 2019, 224-224] Mohan Amarasiri, Daisuke Sano

Geographers, 109(1), 2019, 50-70] Murakami, D., Lu, B., Harris,

Murakami, Eiki Kasai● Sp e ci f ic i nte ra c t io ns of rot av i r us H A L1166 wi t hP., Brunsdon, C., Charlton, M., Nakaya, T., & Griffith, D. A.

●鉄鉱石の造粒過程における鉱石粒子内部への水分移動挙動 . [ 鉄と鋼 ,Enterobacter cloacae SENG-6 and their contribution on● Urban design and Japanese older adults' depressive

105(11), 2019, 1033-1041] 樋口隆英，Liming LU，葛西栄輝

rotavirus HAL1166 removal. [Water Science and Technology,

symptoms. [Cities, 87, 2019, 166-173] Koohsari, M. J.,

79(2), 2019, 342-348] Mohan Amarasiri, Hiroki Kawai, Masaaki

McCormack, G. R., Nakaya, T., Shibata, A., Ishii, K., Yasunaga, A.,

Kitajima, Satoshi Okabe, Daisuke Sano

Hanibuchi, T., Oka, K.
● Virtual audits of streetscapes by crowdworkers. [Health

地球システム計測学分野

and Place, 2019(Epub ahead of print)] Hanibuchi T, Nakaya T,【論文】

Inoue S.
● Walkable Urban Design Attributes and Japanese Older
Adults’ Body Mass Index: Mediation Effects of Physical
Activity and Sedentary Behavior. [American Journal of
Health Promotion, Vol. 33(5), 2019, 764-767] Koohsari, M. J.,
Kaczynski, A. T., Nakaya, T., Shibata, A., Ishii, K., Yasunaga, A.,
Stowe, E.W., Hanibuchi, T., and Oka, K.
● Walking-friendly built environments and objectively
measured physical function in older adults. [Journal of Sportand Health Science, 2019(Epub ahead of print)] Koohsari, M. J.,
McCormack, G. R., Nakaya, T., Shibata, A., Ishii, K., Yasunaga, A.,
Liao, Y. & Oka, K.
●近年の新聞報道からみた全国の社寺における盗難および放火・不審火被害の時期的・地域的傾向 . [ 歴史都市防災論文集 , 13, 2019, 171-

Takahashi K, Takahashi H, Nakaya T, Yasumura S, Ohira T,
Ohto H, Ohtsuru A, Midorikawa S, Suzuki S, Shimura H,●マングローブ生態系の機能・サービスと Human wellbeing との関連：

ウィ，中谷友樹【総説・解説】●ウォーカビリティと健康な街 . [ 日本不動産学会誌 , 2019, 160, 7378] 中谷友樹，埴淵知哉●都市空間における格差と健康 . [ 都市計画 , 340, 2019, 48-51]
中谷友樹
【著書】
● The Atlas of Health Inequalities in Japan. [Springer, 2019]
Nakaya, T. and Ito, Y. eds.
●都市内集住地（3）名古屋市、豊田市・四日市市・京都市 . [ 石川義孝
編『地図でみる日本の外国人 改訂版』ナカニシヤ出版 , 2019, 58-59]
中谷友樹

reconstruction after the Great East Japan Earthquake and

68 Coexistence Activity Report 2019

● Contribution of horizontal and vertical advection to theformation of small-scale vertical structures of ozone in thelower and middle stratosphere at Fairbanks, Alaska. [Atmos.
Chem. Phys. Discuss., acp-2019-837] Miho Yamamori,
Yasuhiro Murayama, Kazuo Shibasaki, Isao Murata, and Kaoru
Sato

Addition on Reduction Behavior of Pre-reduced Iron OreCarbon Composite. [ISIJ International, 59, 2019, 1011-1017]
Taichi Murakami, Hiroto Shinomiya, Daisuke Maruoka, Eiki
Kasai

【著書】
● A QMRA Framework for Sanitation Treatment Decisions.
[http://www.waterpathogens.org/book/a-QMRA-frameworkfor-sanitation-treatment-decisions, 2019] Daisuke Sano,
Carles N. Haas, Joan B. Rose

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 combined kinetic and thermodynamic approach forinterpreting the complex interactions during chloride
volatilization of heavy metals in municipal solid waste fly ash.
[Waste Management, 87, 2019, 204-217] 倉島健太，松田佳歩，● Assays for specific growth rate and cell-binding ability ofrotavirus. [Journal of Visualized Experiments, 143(e58821),
2019] Syun-suke Kadoya, Daisuke Sano
● Fecal source tracking in a wastewater treatment andreclamation system using membrane bioreactor evidenced bymolecular epidemiology of multiple waterborne gastroenteritis
viruses. [Pathogens, 8(4), 2019, 170-170] Zheng Ji, Xiaochang
C. Wang, Limei Xu, Chongmiao Zhang, Cheng Rong, Andri
Taruna Rachmadi, Mohan Amarasiri, Satoshi Okabe, Naoyuki
Funamizu, Daisuke Sano
● Predictive water virology: Hierarchical Bayesian modelingfor estimating virus inactivation curve. [Water, 11(10), 2019,
Kato, Daisuke Sano

● Effect of Types of Carbonaceous Material and CaO

健，伊藤竜生，長谷川祥樹，三浦尚之，秋葉道宏，西村修，佐野大輔

Nicholas B. Jones

2187-2187] Syun-suke Kadoya, Osamu Nishimura, Hiroyuki

太陽地球システム・エネルギー学講座

による健康リスク管理 . [ 土木学会論文集 , accepted] 門屋俊祐，牛島Takeshi Kinase, Masanori Takeda, Yoshihiro Tomikawa, and

【論文】

【論文】

● Post-disaster health issues and coastal infrastructure

Yoshihiro Nagahama, Hideharu Akiyoshi, Kosuke Saeki,

術研究論文集 33, 2019, 259-264] 田代藍，シティ・ズライハ・ナウァ● Population-Based Cohort Study on Health Effects ofKurumatani N, Nakaya T, Goji J, Sobue T

Discuss., acp-2019-443] Hideaki Nakajima, Isao Murata,

水資源システム学分野

Yamashita S, Tanigawa K, Kamiya K

1076-1084] Zha L, Kitamura Y, Kitamura T, Liu R, Shima M,

Station, Antarctica in 2007 and 2011. [Atmos. Chem. Phys.

インドネシアのエコツーリズムビレッジを事例として . [ 環境情報科学学

資源利用プロセス学分野

Asbestos Exposure in Japan. [Cancer science, 110, 2019,

observed with ground-based FTIR and satellites at Syowa178] 谷崎友紀，中谷友樹

adolescent thyroid cancer: Results from the baseline survey.
[Journal of epidemiology, 2019, Article ID: JE20180247]● Chlorine partitioning near the polar vortex boundary●各戸導入型小型水供給設備の利用における水安全計画的アプローチ● Revisiting the effects of powdered activated carbon on
membrane fouling mitigation in an anaerobic membranebioreactor by evaluating long-term impacts on the surface
layer. [Water Research, 167, 2019, 115137-115137] Zhen Lei,
Shuming Yang, Xiang Li, Wen Wen, Xingyuan Huang, Yuan
Yang, Xiaochang Wang, Yu-You Li, Daisuke Sano, Rong Chen
● Sign-constrained linear regression for prediction of
microbe concentration based on water quality datasets.
[Journal of Water and Health, 17(3), 2019, 404-415] Tsuyoshi
Kato, Ayano Kobayashi, Wakana Oishi, Syun-suke Kadoya,

熊谷将吾，亀田知人，齋藤優子，吉岡敏明● Adsorption of Cu2+ and Ni2+ by Oxalic Acid Crosslinked
Chitosan-modified Montmorillonite. [Soft Materials, 2019]
Tomohito Kameda, Mao Takaizumi, Shogo Kumagai, Yuko
Saito, Toshiaki Yoshioka● Adsorption of Cu 2+ and Ni 2+ by tripolyphosphate crosslinked chitosan-modified montmorillonite. [Journal of
Solid State Chemistry, 277, 2019, 143-148] Tomohito Kameda,
Reina Honda, Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka● Adsorption of urea, creatinine, and uric acid onto sphericalactivated carbon. [Separation and Purification Technology,
237, 2019, 116367-116367] Tomohito Kameda, KazuyaHorikoshi, Shogo Kumagai, Toshiaki Yoshioka● Beech Wood Pyrolysis in Polyethylene Melt as a Means ofEnhancing Levoglucosan and Methoxyphenol Production.
[SCIENTIFIC REPORTS, 9(1955), 2019] Shogo Kumagai, Kohei
Fujita, Yusuke takahashi, Yumi Nakai, Tomohito Kameda, Yuko
saito & Toshiaki Yoshioka● Deducing targets of emerging technologies basedon ex ante life cycle thinking: Case study on a chlorine
recovery process for polyvinyl chloride wastes. [Resources,
Conservation and Recycling, 151, 2019, 104500-104500] Jiaqi
Lu, Shogo Kumagai, Hajime Ohno, Tomohito Kameda, Yuko
Saito, Toshiaki Yoshioka, Yasuhiro Fukushima● Degradation of PVC waste into a flexible polymer bychemical modification using DINP moieties. [RSC Advances,

Coexistence Activity Report 201969

9(49), 2019, 28870 -28875] Lihui Lu, Shogo Kumagai,

compositions. [Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,

C9AN00478E] Kentaro Ito, Kumi Y. Inoue, Kosuke Ino,

●走査型イオンコンダクタンス顕微鏡による多項目ナノイメージング. [ 高Tomohito Kameda, Ligang Luo, Toshiaki Yoshioka

145, 2019, 104754-104754] Yuya Nishiyama, Shogo Kumagai,

Tomokazu Matsue, Hitoshi Shiku

分子 , 68 巻 , 12 月号 , 2019] 梨本裕司，平典子，伊野浩介，珠玖仁● Effects of acetic acid pretreatment and pyrolysis

Suguru Motokucho, Tomohito Kameda, Yuko Saito, Atushi● Combination of double-mediator system with large-● 電 気 化 学 計 測 デバイスを 用 い た 細 胞 の 消 費 物・分 泌 物 評 価 .

temperatures on product recovery from Fijian sugarcane

Watanabe, Hisayuki Nakatani, Toshiaki Yoshioka

scale integration-based amperometric devices for detecting[Electrochemistry, 87, 323-328, 2019,bagasse. [Waste and Biomass Valorization, 2019] Viliame● Treatment of NOx using recyclable CO -intercalated Mg-

NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 activity of cancer cell10.5796/denkikagaku.19-FE0032] 平本薫，伊野浩介，梨本裕司，

Savou, Shogo Kumagai, Tomohito Kameda, Yuko Saito,

Al layered double hydroxide. [Atmospheric Pollution Research,aggregates. [ACS Sensors, 4(6), 2019, 1619-1625, Selected as

珠玖仁Toshiaki Yoshioka

10(6), 2019, 1866-1872] Tomohito Kameda, Masahito Tochinai,a supplementary cover, 10.1021/acssensors.9b00344] Kosuke● Hydrogen and steam injected tandem µ-reactor GC/FID

Shogo Kumagai, Toshiaki Yoshioka

Ino, Takehiro Onodera, Mika T. Fukuda, Yuji Nashimoto, Hitoshi

system: Phenol recovery from bisphenol A and alkylphenols● Uptake of heavy metal cations by chitosan-modified

Shikuusing Ni/Y zeolite. [Reaction Chemistry & Engineering, 4(12),montmorillonite: Kinetics and equilibrium studies. [Materials● Differential electrochemicolor imaging using LSI-based

資源循環プロセス学講座

2019, 2099-2107] Shogo Kumagai, Masaki Asakawa, Tomohito

Chemistry and Physics, 236, 2019, 121784-121784] Tomohito

device for simultaneous detection of multiple analytes.

Kameda, Yuko Saito, Atsushi Watanabe, Norio Teramae,

Kameda, Reina Honda, Shogo Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki[Sensors and Materials, 31(1), 2019, 13-22. Selected as a

環境グリーンプロセス学分野

Chuichi Watanabe, Toshiaki Yoshioka

Yoshioka

cover, 10.18494/SAM.2019.2035] Kosuke Ino, Takehiro● Impact of Common Plastics on Cellulose Pyrolysis. [Energy● Uptake of Ni& Fuels, 33(7), 2019, 6837-6841] Shogo Kumagai, Mikiintercalated with carboxymethyl-modified cyclodextrin:● Electric and electrochemical microfluidic devices for cell

Yamamoto, Yusuke Takahashi, Tomohito Kameda, Yuko Saito,

Equilibrium and kinetic studies. [Materials Chemistry andanalysis. [Frontiers in Chemistry, 7, (2019), 396, 10.3389/

Toshiaki Yoshioka

Physics, 233, 2019, 288-295] 亀田知人，高泉真央，熊谷将吾，齋fchem.2019.00396] Kaoru Hiramoto, Kosuke Ino, Yuji

● Impacts of pyrolytic interactions during the co-pyrolysis

藤優子，吉岡敏明

Nashimoto, Kentaro Ito, Hitoshi Shikuof biomass/plastic: Synergies in lignocellulose-polyethylene●動脈産業と静脈産業の協働による持続可能なプラスチックリサイクル● Electrochemical biosensing system for single cells,cellular

system. [Journal of the Japan Institute of Energy, 98, 2019,

システムの構築 . [ 環境情報科学 , 48(3), 2019, 39-44] 吉岡敏明，齋aggregates and microenvironments. [Analytical Sciences,202-219] Shogo Kumagai, Kohei Fujita, Yusuke Takahashi,

藤優子，熊谷将吾

35(1), 2019, 29-38, 10.2116/analsci.18SDR01] Hitoshi Shiku

Tomohito Kameda, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka【総説・解説】● Electrochemical fabrication of fibrin gels via cascade● Mg-Al layered double hydroxide intercalated with CO32- and●球核体を用いたポリ塩化ビニルの化学修飾 . [ 月刊ファインケミカル ,reaction for cell culture. [Chemical Communications, 55, 2019,its recyclability for treatment of SO2. [Applied Clay Science,48(6), 2019, 49-59] 吉岡敏明

5335-5338. Selected as a back cover, 10.1039/C9CC01576K]

23

2+

and Cu2+

by Zn-Al layered double hydroxide

Onodera, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku

2019] Tomohito Kameda, Masahito Tochinai, Shogo Kumagai,

Noriko Taira, Kosuke Ino, Tatsuki Kumagai, Yuji Nashimoto,Toshiaki Yoshioka

Hitoshi Shiku● Practical dechlorination of polyvinyl chloride wastes in● Electrochemical imaging of cell activity in hydrogels

NaOH/ethylene glycol using an up-scale ball mill reactor and

環境分析化学分野

validation by discrete element method simulations. [Waste【論文】

using a large-scale integration (LSI)-based amperometricManagement, 99, 2019, 31-41] 陸嘉喜，欺琴高娃，熊谷将吾，亀● Capillary electrophoretic reactor for estimation ofdevice. [Analytical Sciences, 35(1), 2019, 39-43, 10.2116/

田知人，齋藤優子，吉岡敏明

spontaneous dissociation rate of Trypsin-Aprotinin complex.

analsci.18SDP01] Kosuke Ino, Yuki Yokokawa, Noriko Taira,● Pyrolysis of sugarcane bagasse pretreated with sulfuric[Anal. Biochem., 585, 2019, 113406-113406] Yumiko Sasaki,

Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Yuji Nashimoto, Tomokazu

acid. [Journal of the Energy Institute, 92(4), 2019, 1149-

Yosuke Sato, Toru Takahashi, Mitsuo Umetsu, and Nobuhiko Iki

Matsue, Hitoshi Shiku1157] V. Savou, S. Kumagai, G. Grause, T. Kameda, Y. Saito, T.

● Facile Preparation of Highly Luminescent Materials by● Electrodeposition-based rapid bioprinting of 3D-designed

Yoshioka

Electrostatic Immobilization of Anionic Metal Complex ontohydrogels with a pin art device. [Biofabrication, 11, 2019,● Removal of Mn and Cd contained in mine wastewater byAnion-Exchanger as Exemplified with Tri-Terbium(III) Cluster

035018, 10.1088/1758-5090/ab166e] Noriko Taira, Kosuke

Mg-Al-layered double hydroxides. [Journal of Material Cycles

Complex of Thiacalix[4]arene-p -tetrasulfonate. [Bulletin of theIno, Hiroki Ida, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku

embedded in grid-shaped polycaprolactone scaffolds

and Waste Management, 21(5), 2019, 1232-1241] Mir Tamzid

Chemical Society of Japan, 92(11), 2019, 1847-1852] Narumi● Genipin crosslinking of electrodeposited chitosan/gelatin

Rahman, Tomohito Kameda, Takao Miura, Shogo Kumagai,

Shiraishi ,Ryunosuke Karashimada , and Nobuhiko Iki

hydrogels for cell culture. [Chemistry Letters, 48, 2019, 1178-

Toshiaki Yoshioka【総説・解説】

1180, 10.1021/acs.analchem.9b02062] Ayako Tamura, Kaoru● Separation mechanism of polyvinyl chloride and copper● Speciation of Chromium. [Analytical Sciences, 35(1), 2019.

Hiramoto, Kosuke Ino, Noriko Taira, Yuji Nashimoto, Hitoshi

components from swollen electric cables by mechanical1-2] IKI NobuhikoShikuagitation. [Waste Management, 93, 2019, 54-62] 陸嘉喜，徐静，● Central Science としての分析化学 . [ ぶんせき , 15, 2019, 185-

● Scanning electrochemical cell microscopy for visualization

熊谷将吾，亀田知人，齋藤優子，吉岡敏明

185] 壹岐伸彦

and local electrochemical activites of lithium-ion (de)● Separation of copper and polyvinyl chloraide from

●化学の感動を共有する喜び . [ 化学と工業 , 72(9), 791-791] 壹岐伸彦

intercalation process in lithium-ion batteryies electrodes.

thin waste electric cables:A combined PVC-swelling and●がんのセラノスティクスを志向した Pt(II)- ジラジカル金属錯体の設計 .

[Surface and Interface Analysis, 51, 2019, 27-30, 10.1002/

centrifugal approach. [Waste Management, 89, 2019, 27-36][ 電子情報通信学会技術研究報告 , 119(15), 2019, 9-12] 澤村瞭太，

sia.6538] Akichika Kumatani, Yasufumi Takahashi, Chiho

徐静，熊谷将吾，亀田知人，齋藤優子，高橋憲史，林浩志，吉岡敏明

鈴木敦子，壹岐伸彦

Miura, Hiroki Ida, Hirotaka Inomata, Hitoshi Shiku, Hirokazu● Simultaneous recovery of H2 -rich syngas and removal of

Munakata, Kiyoshi Kanamura, Tomokazu Matsue

HCN during pyrolytic recycling of polyurethane by Ni/Mg/Al● Site-specific cytosol sampling from a single cell in an intact

catalysts. [Chemical Engineering Jounal, 361, 2019, 408-415]

tumor spheroid using an electrochemical syringe. [Analytical

熊谷将吾，矢吹良介，亀田知人，齋藤優子，吉岡敏明

環境生命機能学分野●Temperature-dependent pyrolysis behavior of polyurethane● A highly sensitive endotoxin sensor based on redox cycling

e l a s to m e rs wi t h d i f fe re n t h a rd - a n d s o f t- s e g m e n t

70 Coexistence Activity Report 2019in a nanocavity. [Analyst, 144, 2019, 3659-3667, 10.1039/

Chemistry, 91(14), 2019, 8772-8776, Selected as a cover,
10.1021/acs.analchem.9b02062] Yuji Nashimoto, Masakuni
Echigo, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku【論文】● Application of the Preferential Solvation Viscosity Modelto Binary Liquid Mixtures: Aqueous, Nonaqueous, Ionic
Liquid, and Deep Eutectic Solvent Systems. [Industrial andEngineering Chemistry Research, 58, 2019, 14991-15002] Alif
Duereh, Yoshiyuki Sato, Richard Lee Smith, Hiroshi Inomata● Black liquor- derived calcium-activated biochar forrecovery of phosphate from aqueous solutions. [Bioresource
Technology, 294, 2019] Xiaoning Liu, Feng Shen, Richard L.
Smith, Xinhua Qi● Correction to “Correspondence between Spectral-Derived
and Viscosity-Derived Local Composition in Binary Liquid
Mixtures Having Specific Interactions with Preferential
Solvation Theory” [Journal of Physical Chemistry B, 123(1),2019, 325-325] Alif Duereh, Yoshiyuki Sato, Richard Lee
Smith, Hiroshi Inomata● Efficient catalytic transfer hydrogenation of biomassbased fur fural to fur fur yl alcohol with recycable Hfphenylphosphonate nanohybrids. [Catalysis Today, 319, 2019,84-92] Hu Li, Yan Li, Zhen Fang, Richard L. Smith● Hydrogen gas-free processes for single-step preparationof transition-metal bifunctional catalysts and one-pot
γ -valerolactone synthesis in supercritical CO2 -ionic liquid
systems. [Journal of Supercritical Fluids, 147, 2019, 263-270]
Haixin Guo, Yuya Hiraga, Xinhua Qi, Richard Lee Smith● Measurement and correlation of vapor-liquid distribution
coefficients of flavonoids in high pressure carbon dioxideethanol-water systems. [Fluid Phase Equilibria, 489, 2019,90-98] Soma Sato, Masaki Ota, Yoshiyuki Sato, Richard Lee
Smith, Hiroshi Inomata● Measurement and modeling of infinite dilution activity
coefficients of organic compounds in an equimolar ionicliquid mixture of [Bmim]Cl and [Bmim][Tf2N]. [Fluid Phase
Equilibria, 488, 2019, 72-78] Tomoka Shida, Yuya Hiraga,
Takuya Sugiyama, Yoshiyuki Sato, Masaru Watanabe, Richard
L. Smith● Methane clathrate hydrate dissociation analyzed with
Raman spectroscopy and a thermodynamic mass transfer
model considering cage occupancy. [Fluid Phase Equilibria,
489, 2019, 41-47] Hiroyuki Komatsu, Takuya Sasagawa,Shinichiro Yamamoto, Yuya Hiraga, Masaki Ota, Takao
Tsukada, Richard L. Smith

Coexistence Activity Report 201971

● N-formyl-stabilizing quasi-catalytic species afford rapid
and selective solvent-free amination of biomass-derived
feedstocks. [Nature Communications, 10, 2019] Hu Li, Haixin
Guo, Yaqiong Su, Yuya Hiraga, Zhen Fang, Emiel J.M. Hensen,
Masaru Watanabe, Richard Lee Smith● Supercritical carbon dioxide extraction of α -mangostin
from mangosteen pericarp with virgin coconut oil as coextractant and in-vitro bio-accessibility measurement.
[Process Biochemistry, 2019] Wan Jun Lee, Chea Chi Ng, Jin
Shuen Ng, Richard Lee Smith, Siew Lee Kok, Yen Yi Hee, Sin
Yee Lee, Wei Kiat Tan, Nur Hanani Zainal Abidin, Sarina Abdul
Halim Lim, Gun Hean Chong

循環材料プロセス学分野

計（.『分離工程の操作条件最適化とスケールアップ』）（株）[
技術情報協会 ,● Numerical investigation of the nano-scale solute Marangoni

2019] 大田昌樹，青山裕紀

convections. [Journal of the Taiwan Institute of Chemical【総説・解説】

Engineers, 98, 2019, 20-26] Y. Imai, T. Yamamoto, A. Sekimoto,●安心かつ安全な食品製造のための新たな抽出技術の開発 . [ 浦上財団

Y. Okano, R. Sato, Y. Shigeta

研究報告書 , 26, 2019] 大田昌樹

● Role of acoustic streaming in formation of unsteady flow in●医薬食品製造に向けた高圧気液平衡に基づく新しい抽出分離技術のbillet sump during ultrasonic DC casting of aluminum alloys.

開発 . [ 研究成果報告書 , 2019] 大田昌樹

[Materials, 12(21), 2019, 3532] S. Komarov, T. Yamamoto●過去の研究助成金採択者からの近況報告 . [Le Cercle de TOBE

● Single bubble fragmentation in a mechanically stirred liquid

MAKI 創刊号 , 1, 2019, 1-1] 大田昌樹

bath under trailing vortex conditions. [Chemical Engineering●藻類のミルキング培養法による省エネ型バイオ燃料生産プロセスの開Science, 207, 2019, 1007-1016] T. Yamamoto, S. V. Komarov

発 . [IFO Research Communication（平成 29 年度一般研究助成の

環境適合材料創製学分野● Surface vortex formation and free surface deformation in

研究報告）, 33, 2019, 18-19] 大田昌樹

an unbaffled vessel stirred by on-axis and eccentric impellers.

●天然物抽出分離のための高圧二酸化炭素の応用 . [ 化学工学会東北支【論文】[Chemical Engineering Journal, 367, 2019, 25-36] Takuya

部ニュースレター , 2019] 大田昌樹

Yamamoto, Yu Fang, Sergey V. Komarov● Acoustic cavitation assisted plasma for wastewater[Crystal Research and Technology, 54(5), 2019, 1900014] T.

環境材料表面科学分野

treatment: Degradation of Rhodamine B in aqueous solution.

Horiuchi, L. Wang, A. Sekimoto, Y. Okano, T. Yamamoto, T.

[Ultrasonics Sonochemistry, 52, 2019, 318-325] Yu Fang, Daiki【論文】

Ujihara, S. Dost

Hariu, Takuya Yamamoto, Sergey Komarov● Effective Surface Termination with Au on PtCo@Pt Core-【著書】● Complex permittivity and microwave heating behavior of

Shell Nanoparticle: Microstructural Investigations and Oxygen● Development and application of large-sized sonotroderod-shaped SiC and oxide (SiO2 , Al2O3) mixtures. [Materiala

Reduction Reaction Properties. [Journal of Electroanalyticalsystems for ultrasonic treatment of molten aluminum alloys.

Chemistr y and Physics, 234, 2019, 281-287] Noboru

Chemistry, 842(1), 2019, 1-7] Shuntaro Takahashi, Naoto[Light Metals 2019, The Minerals, Metals and Materials Series,

Yoshikawa, Kohsaku Seki, Naoki Inoue, Sergey Komarov, Kei-

Todoroki, Rikiya Myochi, Tetsuro Nagao, Noboru Taguchi,

1597-1604] S. Komarov, T. Yamamotoichirou Kashimura,Takashi Fujii,Hideoki Fukushima

Tsutomu Ioroi, Felix E. Feiten, Yuki Wakisaka, Kiyotaka● Investigation on acoustic streaming during ultrasonic● Development of a Numerical Model for Hydrogen Bubble

Asakura, Oki Sekizawa, Tomohiro Sakata, Kotaro Higashi,

irradiation in aluminum melts. [Light Metals 2019, The

Generation, Dynamics and Trapping during Solidification of

Tomoya Uruga, Yasuhiro Iwasawa, Toshimasa Wadayama

Minerals, Metals and Materials Series, 1527-1531] T.

Aluminum Alloys through Eulerian-Lagrangian Framework.

● Electrochemical CO 2 Reduction on Bimetallic Surface

Yamamoto, S. Komarov

Alloys: Enhanced Selectivity to CO for Co/Au(110) and to H2for Sn/Au(110). [ChemElectroChem, 6(12), 2019, 3101-3107]

Yamamoto, S. Komarov
furnace stirred mechanically during flux treatment. [Materials
Transaction, 60(9), 2019, 2008-2015] Kenya Kato, Takuya
Yamamoto, Sergey Komarov, Ryosuke Taniguchi, Yasuo
Ishiwata● Fragmentation of cavitation bubble in ultrasound filed
under small pressure amplitude. [Ultrasonics Sonochemistry,
58, 2019, 104684] T. Yamamoto, S. Hatanaka, S. V. Komarov● Investigation on the surface vortex formation during
mechanical stirring with an axial-flow impeller used in analuminum process. [Metallurgical and Materials Transactions
B, 50(6), 2019, 2547-2556] T. Yamamoto, W. Kato, S. V.
Komarov, Y. Ishiwata● Liquid jet directionality and droplet behavior during
emulsification of two liquids due to acoustic cavitation.
[Ultrasonics Sonochemistry, accepted] T. Yamamoto, S.
Komarov● Mechanism of small bubble breakup in an unbaffled stirred
vessel. [Chemical Engineering Science, 197, 2019, 26-36]
Takuya Yamamoto, Yu Fang, Sergey V.Komarov● Numerical investigation of the effect of heating rate on
InGaSb crystal growth under zero-gravity. [Microgravity
Science and Technology, 31, 2019, 377-380] X. Jin, A. Sekimoto,72 Coexistence Activity Report 2019

Naoto Todoroki, Hiroki Tei, Taku Miyakawa , Hiroto Tsurumaki ,環境創成計画学講座
環境分子化学分野【論文】● Methane clathrate hydrate dissociation analyzed with
Ramanspectroscopy and a thermodynamic mass transfer
model considering cage occupancy. [Fluid Phase Equilibria,
489, 2019, 41-47] H. Komatsu, T. Sasagawa, S. Yamamoto, Y.
Hiraga, M. Ota, T. Tsukada, R.L. Smith● Measurement and correlation of vapor-liquid distribution
coefficients of flavonoids in high pressure carbon dioxideethanol-water systems. [Fluid Phase Equilibria, 489, 2019, 9098] Soma Sato, Masaki Ota, Yoshiyuki Sato, Richard L. Smith
Jr., Hiroshi Inomata●二酸化炭素 ‐ エタノール ‐ 精油系の高圧気液平衡に基づく向流接触抽出実験 . [ 化学工学論文集 , 2019] 生内良樹，上野裕介，星野友貴，大田昌樹，佐藤善之，猪股宏● 連 動 式自動 背圧 弁 の開 発と亜 臨 界 分 離 技 術へ の応 用 . [Jasco
Report, 61(1), 2019, 30-35] 大田昌樹，前田雄也，菅原啓，星野友貴，
佐藤颯真，生内良樹，上野裕介【著書】●高温高圧状態における基礎物性の相関・推算と抽出プロセスの設

58(6), 2019, 328-332] 轟直人●よく規定された合金系電極触媒表面モデルのドライプロセス合成と特性評価 . [ 電気化学 , Autumn, 2019, 250-257] 轟直人，和田山智正

連携講座● Influence of Sn on Practical Performances of Structural
Steels [Proceedings of the 5th World Congress on Mechanical,
Portugal, 15-17 August, 2019, MMME (117-1)-(117-7)] Kazuki

seeded solution growth of single crystal silicon carbide.

[International Journal of Cast Metals Research, accepted] T.

●表面科学的視点に基づくエネルギー・物質変換触媒の開発 . [ まてりあ,

Chemical, and Material Engineering (MCM'19), Lisbon,● The effect of crucible rotation and crucible size in top-

【論文】

● Evaluation of mass transfer in an aluminum melting

ス合成と評価―. [ 燃料電池 , 18, 2019, 82-86] 轟直人，和田山智正

Y. Okano, T. Yamamoto, Y. Hayakawa, Y. Inatomi, S. Dost

Toshimasa Wadayama● Heterolayered Ni-Fe Hydroxide/Oxide Nanostructures
Generated on a Stainless-Steel Substrate for Efficient Alkaline
Water Splitting. [ACS Applied Materials and Interfaces, 11,2019, 44161-44169] Naoto Todoroki, Toshimasa Wadayama● Ligand-Effect-Induced Oxygen Reduction Reaction Activity
Enhancement for Pt/Zr/Pt(111) Surfaces with Tensile Strain

Inujima, Kazutoshi Ichikawa● Microstructural diagram for steel based on crystallography
with machine learning [Computational Materials Science 159,
2019, 403-411] K. Tsutsui, H. Terasaki, T. Maemura, K. Hayashi,
K. Moriguchi, and S. Morito.
● Risk Analysis of Ship Collision considering Striking Ship
Velocity and Plate Ductility, [Developments in the Collision
and Grounding of Ships and Offshore Structures, Marine
Technology and Ocean Engineering Series, Volume 4, 2019,364-373] Yasuhira Yamada, Hiroshi Ochi and Kazutoshi
Ichikawa.
● Verification of Crashworthiness of Highly Ductile Steelby Large-Scale Model Tests [Developments in the Collision
and Grounding of Ships and Offshore Structures, Marine
Technology and Ocean Engineering Series, Volume 4, 2019,34-39] Teppei Okawa, Kazutoshi Ichikawa, Hiroshi Shimanuki,
Shingo Nakamura, Naoki Oda and Yasuhira Yamada.
【総説・解説】●低炭素鋼溶接部ミクロ組織の機械学習に関する研究 [ 溶接学会誌 88(7), 2019, 536-539], 寺崎秀紀，筒井和政，森口晃治，林宏太郎，森戸茂一

Relieved by Stacking Faults. [ACS Applied Energy Materials,
2(7), 2019, 4597-4601] Daisuke Kudo, Soma Kaneko, Rikiya
Myochi, Yoshihiro Chida, Naoto Todoroki, Tadao Tanabe,

地球環境変動学分野

Toshimasa Wadayama【論文】● Oxygen Reduction Reaction Activity of Nano-Flake CarbonDeposited Pt75Ni25(111) Surfaces. [Electrocatalysis, 10(3),2019, 232-242] Naoto Todoroki, Ren Sasakawa, Keisuke
Kusunoki, Toshimasa Wadayama● Su r fa c e Ato m i c A r ra n g e m e n t D e p e n d e n c e of
Elec t rochemical CO 2 Reduction on Gold: Online
Electrochemical Mass Spectrometric Study on Low-Index
Au(hkl) Surfaces. [ACS catalysis, 9(2), 2019, 1383-1388]
Naoto Todoroki, Hiroki Tei, Hiroto Tsurumaki, Taku Miyakawa,● Analysis of the Diurnal, Weekly, and Seasonal Cycles
and Annual Trends in Atmospheric CO2 and CH4 at Tower
Network in Siberia from 2005 to 2016. [Atmosphere, 10(11),2019, 689] Belikov, D., M. Arshinov, B. Belan, D. Davydov, A.
Fofonov, M. Sasakawa and T. Machida● Assessment of spatio-temporal distribution of CO2 overgreater Asia using the WRF-CO2 model. [Journal of Earth
System Science, JESS-D-19-00295R1, in press] Ballav, S., M.
Naja, P.K. Patra, T. Machida and H. Mukai

Tatsuhiko Inoue, Toshimasa Wadayama● Chlorine partitioning near the polar vortex boundary【総説・解説】

observed with ground-based FTIR and satellites at Syowa●東北大学環境材料表面科学研究室―電極触媒モデルのドライプロセ

Station, Antarctica in 2007 and 2011. [Atmos. Chem. Phys.

Coexistence Activity Report 201973

Discuss., in review] Nakajima, H., I. Murata, Y. Nagahama, H.
Akiyoshi, K. Saeki, T. Kinase, M. Takeda, Y. Tomikawa, and N. B.
Jones● Chlorine partitioning near the polar vortex edge observedwith ground-based FTIR and satellites at Syowa Station,
Antarctica in 2007 and 2011. [Atmos. Chem. Phys., in press]
Nakajima, H., I. Murata, Y. Nagahama, H. Akiyoshi, K. Saeki, T.
Kinase, M. Takeda, Y. Tomikawa, E. Dupuy, and N. B. Jones● Development of a balloon-borne instrument for CO2 verticalprofile observations in the troposphere. [Atmos. Meas. Tech.,12, 2019, 5639-5653] Ouchi, M., Matsumi, Y., Nakayama, T.,
Shimizu, K., Sawada, T., Machida, T., Matsueda, H., Sawa, Y.,
Morino, I., Uchino, O., Tanaka, T., and Imasu, R.
● Global carbon budgets estimated from atmospheric O2/N2

環境研究推進センター【論文】● Mechanisms and possible applications of the Al H 2 O reaction under extreme pH and low hydrothermal
temperatures.. [International Journal of Hydrogen Energy,
44(57), 2019, 29903-29921] Alviani, V.N., Setiani, P., Uno, M.,
Oba, M., Hirano, N., Watanabe, N., Tsuchiya, N. and Saishu, H.
● Utilization of Geothermal Hot Spring Water for Hydrogen
Production by Al-H2O Hydrothermal Reaction. [Journal of
the Geothermal Research Society of Japan, 41(3), 2019, 101107] Alviani, V.N., Kosaka, T., Uno, M., Oba, M., Hirano, N.,
Watanabe, N., Tsuchiya, N. and Saishu, H.

and CO2 observations in the western Pacific region over a
15-year period. [Atmos. Chem. Phys., 19, 2019, 9269-9285]
Tohjima, Y., Mukai, H., Machida, T., Hoshina, Y., and Nakaoka, S.
● Interannual Variation of Upper Tropospheric CO over theWestern Pacific Linked with Indonesian Fires. [SOLA, Vol.
15, 2019, 205-210] Matsueda, H., R. Buchholz, K. Ishijima, H.
Worden, D. Hammerling, and T. Machida● Methane Emission Estimates by the Global High-Resolution
Inverse Model Using National Inventories. [Remote Sens., 11,2019, 2489] Wang, F., S. Maksyutov, A. Tsuruta, R. Janardanan,A. Ito, M. Sasakawa, T. Machida, I. Morino, Y. Yoshida, J. Kaiser,
G. Janssens-Maenhout, E. Dlugokencky, I. Mammarella, J.
Valentin Lavric and T. Matsunaga● Seasonal characteristics of chemical and dynamicaltransports into the extratropical upper troposphere/lower
stratosphere. [Atmos. Chem. Phys., 19, 2019, 7073-7103] Inai,
Y., R. Fujita, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K.
Katsumata, S. Morimoto, S. Aoki, and T. Nakazawa● The Global Methane Budget 2000–2017. [Earth Syst.
Sci. Data Discuss.] 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.
【著書】●南極オゾンホール （. 『南極・北極から学ぶ地球環境変動』）[ 公益財団法人・日本極地研究振興会 , 2019, 9-10] 中島英彰 山内恭ら共著

74 Coexistence Activity Report 2019

Coexistence Activity Report 201975

博士・修士論文題目一覧（ 平成31年 3月・令和元年9月修了）
博士論文【平成 31年 3 月修了】16 名● Szedlacsek Orsolya“ Bioactivity and diversity of sulfate reducing bacteria in
volcanic soils from Miyagi prefecture（宮城県内の火山性土壌中に存在する硫酸還元菌の生物活性と多様性）”
指導教員：井上 千弘 教授● AMAYA AREVALO, Alvaro Josue“ Thermal Prospection of Geothermal Reservoirs by Using
Thermoluminescence of Quartz（石英の熱発光を用いた地熱貯留層の評価と探査）”
指導教員：土屋 範芳 教授●久志本 築「湿式ボールミル内砕料粒子の運動および破壊挙動に関する研究」
指導教員：加納 純也 教授● DOMINGUEZ JOHN JEWISH ARELLANO“ Effects of plant on the degradation of polycyclic aromatichydrocarbons (PAHs) by non-rhizosphere bacterial consortia
in hydroponic culture of sudangrass (Sorghum × drummondii )（スーダングラス水耕栽培液中における非根圏微生物コンソーシアムによる多環芳香族炭化水素分解に及ぼす植物の影響）”
指導教員：井上 千弘 教授
研究指導教員：簡 梅芳 助教● BAYANZUL BATDEMBEREL“ Conceptual Model Development for Groundwater Flow andOrigin Based on Geochemical and Isotopic Analysis（地球化学および同位体分析による地下水の流動と起源に関する概念モデル作成）”
指導教員：駒井 武 教授
●松本 修次「セラミックスの焼結に関する計算機シミュレーション研究」
指導教員：松原 秀彰 教授●横山 幸司「フッ素化・脱フッ素化を経由して窒素種・構造欠陥の導入を制御した単層カーボンナノチューブの酸素還元反応触媒活性と電子物性の相関」●渡邉 学「規則 ‐ 不規則合金系の熱力学過剰量に基づいた新たな溶液論の展開」
指導教員：福山 博之 教授
研究指導教員：安達 正芳 助教●方 毓“ Development of Novel Technology for Waste Water Treatment
Using Ultrasonic Cavitation and Underwater Plasma（超音波キャ
ビテーションと水中プラズマを併用した廃水無害化新規技術の開拓）”
指導教員：コマロフ セルゲイ 教授
研究指導教員：吉川 昇 准教授●水谷 守利
「高水素条件における鉄鉱石塊成鉱の還元粉化挙動の解明」
指導教員：葛西 栄輝 教授
研究指導教員：村上 太一 准教授●井田 大貴「ナノスケールの電気化学計測を実現する走査型プローブ顕微鏡技術の創成に関する研究」
指導教員：末永 智一 教授●徐 静“ Development of copper and polyvinyl chloride separation
processes for electric cables by combining chemical andmechanical methods（被覆電線から銅およびポリ塩化ビニルを分離する化学的・物理的複合プロセスの開発）”
指導教員：吉岡 敏明 教授
研究指導教員：熊谷 将吾 助教●青 山「禁牧政策下における内モンゴルの農牧複合―ホルチン地域における動物と植物資源利用に着目して―」指導教員：高倉 浩樹 教授● THAPTHAI CHAITHONG“ Recruitment and entrainment processes of woody debris
caused by disastrous landslides and debris flows（斜面崩壊による流木発生メカニズムの解明）”
指導教員：小森 大輔 准教授

指導教員：田路 和幸 教授“ Bandgap engineering and charge recombination reducing of
NiWO4/CdS solid Z-scheme system for efficient photocatalytichydrogen generation（効率的な水素製造を目的とした NiWO4/CdS
固体 Z スキームシステムのバンド構造制御と電荷再結合抑制）”
指導教員：田路 和幸 教授
研究指導教員：高橋 英志 准教授●劉 媚“ Valorization of Acid Mine Drainage Sludge in Hexaferrite
Production（酸性坑廃水中和殿物の六方晶フェライトとしての有効利用）”
指導教員：柴田 悦郎 教授
研究指導教員：飯塚 淳 准教授
76 Coexistence Activity Report 2019

● Chatuphorn Somphong

指導教員：土屋 範芳 教授“ Adaptation to future sandy beach loss due to sea level rise

● DANDAR OTGONBAYAR

by consideration of tourism benefit（海面上昇に伴う砂浜消失に対“ Mass Transport during Metamorphic Processes of the

する観光便益を考慮した適応策に関する研究）”

Khantaishir Ophiolite, Western Mongolia( モ ン ゴ ル 国 西 部

指導教員：小森 大輔 准教授

Khantaishir オフィオライトの変成過程における物質移動に関する研究）”
指導教員：土屋 範芳 教授
研究指導教員：岡本 敦 准教授● Tran Quang Khiem“ Study on Mechanical Properties of Weak Soil Reinforced with
Natural Fiber and Cement（自然繊維質物質とセメントで固化した軟弱泥土の機械的特性に関する研究）”
指導教員：高橋 弘 教授
● PHAN THANH CHIEN“Study on Mechanical Properties of Rice by-Products-CementReinforced Sludge as Banking Materials（米副産物とセメントによる固化スラッジの築堤材としての機械的特性に関する研究）”
指導教員：高橋 弘 教授
● HUGO FATHUR RAHMAN ERAWAN“ Study of simple and low cost solar cell absorber material
production process for application in rural areas in developing
countries（発展途上国農村部への適用のための簡単で低コストな太陽
光セル吸収層の製造方法に関する研究）”
指導教員：高橋 英志 教授●馮 為可“ Advanced Methodologies of Active and Passive GroundBased Imaging Radar for Environmental Monitoring（環境計測のための能動および受動地上設置型イメージングレーダの研究）”
指導教員：佐藤 源之 教授● ROBI KURNIAWAN“ Sustainability, inclusive wealth, and energy: Local and global
analysis（持続可能性、包括的富とエネルギー：地域と世界大の両視点による解析）”
指導教員：松八重 一代 教授●張 心月“ Spectrochemical Characteristics of Pulsed Glow Discharge
Plasma and the Application to Emission Spectrometric Analysis（パルスグロー放電プラズマの分光化学特性とその発光分光分析への応用）”
指導教員：我妻 和明 教授

研究指導教員：佐藤 義倫 准教授●李 明潔

年代学に関する研究）”【令和元年 9 月修了】12 名● ARIE PUJIWATI“ Environmental assessment of heavy metal contamination andland rehabilitation strategies in mineralized area（鉱化地域における重金属汚染の環境影響評価および修復戦略に関する研究）”
指導教員：駒井 武 教授
● UNDARMAA BATSAIKHAN“ Petrology, Geochemistry and Geochronology of Paleozoic
Granitoids and Metamorphic Rocks in Mandakh Subduction
Zones, Southeastern Mongolia（モンゴル国南東部 Mandakh 沈み込み帯における古生代花崗岩類と変成岩類の岩石学，地球化学ならびに● ANUNG RIAPANITRA“ Hydrothermal Synthesis and Characterization of Anion-Doped
Vanadium Dioxide for Thermochromic and Multifunctional
Materials（サーモクロミック及びマルチ機能材料用アニオンドープ二酸
化バナジウムの水熱合成と評価）”
指導教員：殷 澍 教授
研究指導教員：朝倉 裕介 助教● VILIAME SAVOU“ Effect of chemical treatment on the pyrolysis of waste
bagasse（熱分解によるバガスの化学原燃料転換に及ぼす化学的処理の効果）”
指導教員：吉岡 敏明 教授
研究指導教員：熊谷 将吾 助教

修士論文【平成 31年 3 月修了】85 名●綱島 誠悟「水溶液中での Sn の錯体構造の制御を利用した Sn ドープ Bi2Te3 熱電変換合金ナノ粒子合成法の開発」
指導教員：田路 和幸 教授
研究指導教員：高橋 英志 准教授●浅野 領仁「湿潤粉体挙動のモデル化と混合プロセスシミュレーション」
指導教員：加納 純也 教授●阿部 壮太「多孔質シリカ真空断熱と相変化蓄熱材を用いた熱利用システム」
指導教員：松原 秀彰 教授
研究指導教員：上高原 理暢 准教授●天野 友貴「微細構造を制御した SOFC 用空気極の評価」
指導教員：川田 達也 教授●岩渕 将也「2 波長反射率比法による高温金属球の温度測定に及ぼす測定因子の影響」
指導教員：福山 博之 教授
研究指導教員：大塚 誠 准教授●大島 悠太「光散乱特性を応用した多成分流体の臨界点計測とその分子動力学的評価」
指導教員：土屋 範芳 教授●緒方 和也「未利用高含水比泥土の再資源化による築堤材の生成に関する研究」
指導教員：高橋 弘 教授
研究指導教員：里見 知昭 助教●尾崎 成「UAV 搭載型自動地盤強度計測装置の開発と地盤強度計測に関する研究」
指導教員：高橋 弘 教授
研究指導教員：里見 知昭 助教●小野 宏輔「金属粒子の塑性変形挙動のモデリングとシミュレーション」
指導教員：加納 純也 教授●片岡 久人「粒子充填層内における粒子充填構造が通気性に及ぼす影響の解析」
指導教員：加納 純也 教授●神谷 拓図「ジェットエンジン EBC 用 YbSiO 系の焼結・粒成長挙動と粉末プロセスとの関係」

Coexistence Activity Report 201977

指導教員：松原 秀彰 教授●田代 真敬指導教員：折茂 慎一 教授

指導教員：和田山 智正 教授

研究指導教員：上高原 理暢 准教授「プロトン伝導性リン酸塩ガラス電解質のホットプレス法による薄板化」●大野 真武

研究指導教員：轟 直人 助教●菅野 直樹

指導教員：小俣 孝久 教授「炭材内装鉱の浸炭溶融現象に及ぼす脈石鉱物の影響」●渡邊 建史「Ga-Al フラックスを用いた AlN の液相成長および置換反応による AlN●田中 優至指導教員：葛西 栄輝 教授「非金属融体の誘導加熱と流動に関する基礎研究」

作製」「世界農業遺産取り組み前後における団体間の連携ネットワークの把握と研究指導教員：村上 太一 准教授

指導教員：コマロフ セルゲイ 教授

指導教員：福山 博之 教授

変化についての考察：宮城県大崎地域を事例に」●岡田 康平

研究指導教員：吉川 昇 准教授

研究指導教員：安達 正芳 助教

指導教員：香坂 玲 教授

「焼結用副原料の同化性に関する研究」●渡邉 将●黒澤 孝太●田原 遼一

指導教員：岡崎 潤 客員教授

「Pt / グラフェン /SiC(0001) モデル触媒の合成と酸素還元反応特性」「高次元データ駆動による土壌のヒ素吸着量予測モデルの開発」「高温機能性酸化物の熱輸送特性」●加藤 賢也

指導教員：和田山 智正 教授

指導教員：駒井 武 教授

指導教員：川田 達也 教授「アルミニウム溶湯処理における溶解炉内の流動・物質移動の解析」

研究指導教員：轟 直人 助教●古賀 一樹

●中野 裕介

指導教員：コマロフ セルゲイ 教授●浅川 将輝「脱フッ素化処理を経由したホウ素ドープ単層カーボンナノチューブの合「ガスハイドレート貯留層への酸圧入による生産増進効果の実験的評価

研究指導教員：山本 卓也 助教「タンデムマイクロリアクターを応用したポリカーボネート熱分解生成物の成とその酸素還元反応触媒活性の評価」

および解析」●川口 浩太郎

フェノール転換」

指導教員：田路 和幸 教授

指導教員：駒井 武 教授

「溶液法 SiC 結晶成長の初期過程における貫通転位の伝播挙動」

指導教員：吉岡 敏明 教授

研究指導教員：佐藤 義倫 准教授●二村 友佳子

指導教員：楠 一彦 客員教授

研究指導教員：熊谷 将吾 助教●斎藤 耕平「液相存在下での焼結の実験およびシミュレーションの研究」

●嶋 翼

●東 大輝

“ Pressure solution, free-face dissolution and permeability

指導教員：松原 秀彰 教授「鉄鉱石焼結層内における鉄系凝結材の反応に及ぼす酸素分圧および共「リチウムイオン電池正極材料の水熱クエン酸浸出における反応メカニズ

evolution of granite fractures in supercritical geothermal

研究指導教員：上高原 理暢 准教授

存コークスの影響」

ムに関する検討」

environments（超臨界地熱環境における花崗岩き裂の圧力溶解と自由●菱沼 涼

指導教員：葛西 栄輝 教授

指導教員：スミス リチャード リー 教授

表面溶解および透水性変化）”「熱化学サイクルによる水・二酸化炭素分解のための不定比性酸化物の研究指導教員：村上 太一 准教授

研究指導教員：渡邉 賢 教授

指導教員：駒井 武 教授

設計」

●住川 裕晃●岩間 智紀研究指導教員：渡邉 則昭 准教授

指導教員：川田 達也 教授「Fe 基アモルファス合金製高周波コアのヒステリシス特性」「Closed バイポーラ電極アレイを用いた高解像度バイオイメージングシ●斉藤 瑞稀●藤澤 一樹

指導教員：佐藤 有一 客員教授

ステムの創成」「COSMO-RS 法により抽出されたヒ素含有銅鉱物分離のための新規浮「地中レーダを用いた沿岸地域浅部地質構造推定に関する研究」●関 耕作

指導教員：末永 智一 教授

選剤候補物質の評価」

指導教員：佐藤 源之 教授「超音波振動が高鉄濃度アルミニウム合金の組織に及ぼす効果の解明」

研究指導教員：井上 久美 特任准教授

指導教員：柴田 悦郎 教授●布施 知正

指導教員：コマロフ セルゲイ 教授●内田 大貴研究指導教員：飯塚 淳 准教授「地下深部におけるエシェロン状石英脈の形成過程に関する力学的考察」

研究指導教員：吉川 昇 准教授「炭酸型 Mg-Al 系層状複水酸化物の廃棄物焼却排ガス処理への応用」●佐藤 康平

指導教員：伊藤 高敏 教授●高橋 孝征指導教員：吉岡 敏明 教授「塗布型太陽電池への応用を目的とした CuInS2 粒子の水溶液中合成法●船田 卓「針状還元鉄の形態に及ぼす FeO 中微量元素の影響」

研究指導教員：亀田 知人 准教授の開発」「静磁場印加電磁浮遊法を用いた溶融 Ti-6Al-4V 合金の熱物性と蒸発指導教員：葛西 栄輝 教授●大泉 航太郎

指導教員：田路 和幸 教授

速度の評価」

研究指導教員：村上 太一 准教授「有機活物質／グラフェンの界面構造構築による有機蓄電池の高性能化」

研究指導教員：高橋 英志 准教授

指導教員：福山 博之 教授●常田 大喜指導教員：本間 格 教授

●澤田 龍伍研究指導教員：大塚 誠 准教授「製鋼スラグ中のフリーライムおよびフリーマグネシアの新規分析法の研究指導教員：小林 弘明 助教「TiC 添加 Mo-Si-B 合金の高温状態図の検討」●松島 昂汰

確立」●大平 早希

指導教員：福山 博之 教授「造粒物を用いた繊維質固化処理土の強度特性に関する研究」

指導教員：我妻 和明 教授「テトラフェニルホウ酸及びイオン会合体を用いた水相中の Cs 濃縮」

研究指導教員：大塚 誠 教授

指導教員：高橋 弘 教授

研究指導教員：今宿 晋 准教授

指導教員：吉岡 敏明 教授●史 梟

研究指導教員：里見 知昭 助教●鶴巻 碩人

研究指導教員：熊谷 将吾 助教「Thiobacillus denitrificans を利用した硝酸含有溶液から脱窒するた●山片 裕司「回転ディスク - オンライン電気化学質量分析法の開発と電極近傍分子●片平 周介めの電気培養条件の検討」「Ni-Al 融液の熱物性測定と融液表面での AlN 生成挙動の解析」のその場観察」「水熱電気化学プロセスを用いた水電解用 MoS₂ ナノシート電極の作製」

指導教員：井上 千弘 教授

指導教員：福山 博之 教授

指導教員：和田山 智正 教授

指導教員：本間 格 教授

●高木 健太研究指導教員：安達 正芳 助教

研究指導教員：轟 直人 助教

研究指導教員：小林 弘明 助教「流体相変化にともなう岩石の破壊に関する実験的検討ならびに数値シ●吉田 日向●馬 喆●倉島 健太ミュレーション」「エネルギー資源開発を目的としたフラクチャリングに伴って発生するス「充填層内炭材燃焼過程で発生する粒子状物質の形態と量に影響する「一般廃棄物焼却飛灰の塩化揮発機構」

指導教員：土屋 範芳 教授

クリーンアウト現象に関する研究」

因子」

指導教員：吉岡 敏明 教授●高橋 瑛美指導教員：伊藤 高敏 教授

指導教員：葛西 栄輝 教授

研究指導教員：熊谷 将吾 助教「酸化物粉体表面での酸素交換反応」●渡部 康太研究指導教員：丸岡 大祐 助教●笹川 拓也

指導教員：八代 圭司 准教授「高温電気化学システムにおける酸素ポテンシャル分布シミュレーション」●原田 健太郎「メタンハイドレート解離機構の解明に向けたラマン分光法による占有挙●高橋 侑希

指導教員：八代 圭司 准教授「クロソ系錯体水素化物を用いた全固体電池の開発」

動解析」「静磁場印加電磁浮遊法を用いた溶融 Co-Cr-Mo 系合金の熱物性測定」●渡辺 雅大指導教員：折茂 慎一 教授

指導教員：スミス リチャード リー 教授

指導教員：福山 博之 教授「オイルサンド開発を目的とした間隙圧上昇に伴うシェアダイレーションと●細田 雅嗣研究指導教員：渡邉 賢 教授

研究指導教員：大塚 誠 教授

浸透性変化挙動に関する研究」「錯体水素化物マグネシウムイオン伝導体の合成と特性評価」●佐藤 悠人●竹村 沙友理

指導教員：伊藤 高敏 教授

指導教員：折茂 慎一 教授「構造規定されたナノスケール領域における電気化学反応の制御とその反「ナローギャップ酸化物半導体β -CuGaO2：薄膜化と伝導性制御」●青木 拓磨●妙智 力也

応過程の同定」指導教員：小俣 孝久 教授「マグネシウム系金属間化合物の合成及び水素吸蔵・放出反応機構の「白金 / 遷移金属炭化物ナノ粒子のドライプロセス合成と電極触媒特性」

指導教員：末永 智一 教授

解明」
78 Coexistence Activity Report 2019

研究指導教員：熊谷 明哉 准教授
Coexistence Activity Report 201979

● SITI MASTURAH BINTI FAKHRUDDIN●野田 千暁Revealed by Porphyry Copper Deposit( 斑岩銅鉱床に認められる

Peatland Protection and Management（政策一貫性の評価：インド“ Elimination of the Liquid Junction in a Reference Electrode-「炭素ドープ酸化チタンと二次元物質との複合化およびその光触媒能」

超臨界地殻流体の移動と爆発的事象に関する研究）”ネシアの泥炭地保護および管理に関する研究）”

integrated Electrochemical Sensor Using Closed Bipolar

指導教員：殷 澍 教授

指導教員：土屋 範芳 教授

指導教員：明日香 壽川 教授

Electrode System（閉鎖型バイポーラ電極システムを用いる参照電極●齋藤 睦月● ASMA AKTER PARLIN● VEMPI SATRIYA ADI HENDRAWAN

一体型電気化学センサにおける液絡部の除去）”「トナカイ・コリヤークの人－動物関係：儀礼空間とその変化に着目して」“ Analysis of Vapor-phase Diffusion of Benzene from

“ UNDERSTANDING FLOOD IMPACT CHARACTERISTICS ON

指導教員：末永 智一 教授

指導教員：高倉 浩樹 教授

Cotaminated Soil（汚染土壌からのベンゼンの気相拡散の解析）”

AGRICULTURAL CROP YIELD（洪水氾濫が農業生産に及ぼす影響

研究指導教員：井上 久美 特任准教授●金 来

指導教員：駒井 武 教授

評価）”

●志村 実優「清代モンゴル・アラシャ＝ホショート旗における資源の管理に関する研●井上 旬太郎

指導教員：小森 大輔 准教授「ナノ構造カーボン材料の作製とナノ電気化学イメージングによる物性究」「落下貫入式土砂サンプリング装置の速度制御に関する研究」● RINA FARIANI SARAGIH

評価」

指導教員：岡 洋樹 教授

指導教員：高橋 弘 教授

“ Blast Fishing Activity and Coping Strategies in Indonesia

指導教員：末永 智一 教授●菅野 匠● IMAM EKO SETIAWAN(South Nias and Pohuwato Regency)（インドネシアにおける爆発漁研究指導教員：熊谷 明哉 准教授「連続式一槽型アナモックスプロセスの窒素除去に及ぼす塩分の影響」“ The performance of mined land reclamation in Indonesia: a

猟の実態と対応（南ニアス及びポフワト地区））”●白石 成美指導教員：李 玉友 教授

case study in the coal mining（インドネシアにおける採掘埋立地の指導教員：佐野 大輔 准教授「水溶性ランタニド錯体を利用した溶液プロセスに基づく発光材料の創製」●杉井 健太郎

活用 : 炭鉱における事例研究）”

研究指導教員：グレゴリー トレンチャー 准教授

指導教員：壹岐 伸彦 教授「東北地方の霧の頻発地点の抽出と特性解析」

指導教員：松八重 一代 教授● LONGGAK ARIANTO TAMPUBOLON

研究指導教員：唐島田 龍之介 助教

指導教員：小森 大輔 准教授● Audrey Stephanie“ Translating Policy into Action: Case Study of Social Forestry●杉山 琢也●薛 意“ Evaluation of molybdenum adsorption performance byin North Sumatra, Indonesia（インドネシアにおける林業マネジメン「バイオマス可溶性混合イオン液体の CO2 溶解性および CO2 溶解によ“ Influence of Phosphorus Concentration on the Performance

genetically engineered yeast（遺伝子組み換え酵母を用いたモリブ

ト政策の実施：北スマトラでの事例研究）”る kamlet taft パラメータ変化の評価」

and Granule Characteristics of Anammox Expanded Bed

デン吸着挙動の評価）”

指導教員：佐野 大輔 准教授

指導教員：スミス リチャード リー 教授

Reactor（アナモックス膨脹床反応槽の性能とグラニュール特性に及ぼ指導教員：井上 千弘 教授

研究指導教員：グラウゼ ギド 准教授

研究指導教員：渡邉 賢 教授

すリン濃度の影響）”

研究指導教員：簡 梅芳 助教●高橋 佑輔指導教員：李 玉友 教授●崔 俊哲「木質バイオマス / ポリエチレン及びポリプロピレン混合物の共熱分解に●包 賀年“ Experimental study on estimation of fracture structures

おける相互作用」“ Impact of Land Use Change on Flood Inundation Area - A

using nano-/microparticles（ナノ・マイクロ粒子を用いたき裂幅推定

指導教員：吉岡 敏明 教授

Case Study in the Ping River Basin, Thailand -（将来の土地利用変法の提案と実験的検証 ) ”

研究指導教員：熊谷 将吾 助教

化が洪水氾濫域に及ぼす影響の評価―タイ· ピン川流域におけるケース

指導教員：伊藤 高敏 教授●田首 裕一朗

スタディ―）”

研究指導教員：鈴木 杏奈 助教「Cr(III)- ジフェニルカルバゾン錯体の生成挙動の解明と安全性の高い

指導教員：小森 大輔 准教授● Park Soyeon

Fe(III)MRI 造影剤の創製」● MRIBET CHAIMAA「ハクサンハタザオによるカドミウム除去の長期圃場実験」

指導教員：壹岐 伸彦 教授“ Assessment of Wastewater Treatment Process for

指導教員：井上 千弘 教授●土屋 智資Slaughterhouse Waste Recycling Plant（食肉処理廃棄物リサイクル●横山 凱乙「吸収の長波長化と細胞安定性の向上を目指した白金 (II) ジラジカル錯体工場のための排水処理プロセスの評価）”「高温高圧合成法を用いた Mo 系錯体水素化物の合成とイオン伝導特性の合成と特性評価」

指導教員：李 玉友 教授

評価」

指導教員：壹岐 伸彦 教授● MESHAL J.Q.M.H ABDULLAH

指導教員：折茂 慎一 教授

研究指導教員：鈴木 敦子 助教“ Historical and Technical Analysis on the Johkasou used in●王 靖雯●名本 洋輝Japan as a Decentralized Wastewater Treatment System（日本“ Synthesis of Morphology-controlled Oxynitrides as Visible-「異なる配位原子を有する二種類の二座配位子を用いた非対称な新規の分散型排水処理システムとして用いられる浄化槽に関する歴史的と技

light-driven Photocatalysts for Environmental Purification

Pt(II) ジラジカル錯体の合成」

術的分析）”

Applications（形態制御されたオキシナイトライドの合成と可視光駆動

指導教員：壹岐 伸彦 教授

指導教員：李 玉友 教授

光触媒としての環境浄化応用）”

研究指導教員：鈴木 敦子 助教●渡邊 美幸指導教員：殷 澍 教授

●野崎 浩平「日本海沿岸における冬季雷の経年変化とその要因」

研究指導教員：朝倉 裕介 助教「ポリドーパミンコンポジット材料の炭素化による酸素還元触媒電極の指導教員：村田 功 准教授●木村 薫子作製」「下水処理プロセスにおける大腸菌群の挙動」

指導教員：末永 智一 教授

指導教員：李 玉友 教授

研究指導教員：藪 浩 准教授●三浦 翼【令和元年 9 月修了】17 名「プロテアーゼの連続反応を利用する尿中タンパクの電気化学センサ」●朱 愛軍「廃紙と生ごみの混合メタン発酵における滞留時間および温度の影響」
指導教員：李 玉友 教授

指導教員：末永 智一 教授●王 元振● SOPHA SOLIYA

研究指導教員：井上 久美 特任准教授“ Fundamental Study on Detection of Linear Objects by“ Adoption of innovation and its diffusion among grape●渡邊 大雅Ground Penetrating Radar（地中レーダによる線状埋設物検知に関す

farmers - a case study: Takahata City, Yamagata Prefecture,「高温耐性をもつスルホ化炭化物合成に向けた構造制御に関する検討」

る基礎研究）”

Japan（ぶどう農家を対象とした農業イノベーションの拡散過程の理解）”

指導教員：スミス リチャード リー 教授

指導教員：佐藤 源之 教授

指導教員：小森 大輔 准教授

研究指導教員：渡邉 賢 教授

● Geri Agroli● TAZKIYAH SYAKIRA AL KAFF

“ Transport and Explosive Event of Supercritical Geofluid“ Assessment of Policy Coherence: A Study of Indonesian

80 Coexistence Activity Report 2019

Coexistence Activity Report 2019

81

進路状況

TOPICS トピックス

国立大学法人東北大学，株式会社村田製作所，パナソニック株式会社，Jingdezhen Ceramic Institute（中国），

エネルギー価値学創生研究推進拠点
キックオフシンポジウム

イー・アール・エム日本株式会社，日本製鉄株式会社，Kasetsart University（タイ），Ministry of Energy and Mineral Resources（インドネシア），Ho Chi Minh City University of Technology and Education（ベトナム），
Ministry of Energy and Mineral Resources（インドネシア），株式会社タマディック，University of Fiji，日産自動車株式会社，
株式会社半導体エネルギー研究所，大阪ガス株式会社，JX 金属株式会社，国際石油開発帝石株式会社，デュポン株式会社，
三菱ケミカルエンジニアリング株式会社，アクセンチュア株式会社，フューチャーアーキテクト株式会社，カイ インダストリーズ株式会社，
三菱マテリアル株式会社，北海道旅客鉄道株式会社，株式会社リンクアンドモチベーション，日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社，
日鉄鉱業株式会社，株式会社キトー，株式会社日立製作所，アイシン・エィ・ダブリュ株式会社，JFE スチール株式会社，トピー工業株式会社，株式会社 UACJ，東レ株式会社，富山県，株式会社 NTT データ NJK，JXTG エネルギー株式会社，JFE エンジニアリング株式会社，
株式会社豊田中央研究所，北海道電力株式会社，日本軽金属株式会社，株式会社小松製作所，昭和シェル石油株式会社，豊田通商株式会社，
住友金属鉱山株式会社，東京エレクトロン株式会社，日鉄エンジニアリング株式会社，株式会社デンソー，旭化成株式会社，住友電気工業株式会社，
TDK 株式会社，日亜化学工業株式会社，三井金属鉱業株式会社，トヨタ自動車株式会社，JFE ケミカル，栗田工業株式会社，株式会社 SUBARU，国立研究開発法人日本原子力研究開発機構，古河電気工業株式会社，千代田化工建設株式会社，東京ガス株式会社，株式会社 VSN，三菱瓦斯化学株式会社，東洋インキ SC ホールディングス株式会社，日本エア・リキード株式会社，株式会社シノテスト，
味の素株式会社，日立化成株式会社，日本製紙株式会社，株式会社プロレド・パートナーズ，東京都，UT テクノロジー株式会社，株式会社タンガロイ，サンディスク株式会社，株式会社村田製作所，Electricity du Laos（ラオス），
Permerintah Daerah Kabupaten Simalungun（インドネシア），Ministry of Environment and Forestry（インドネシア）

日時：2019 年 4 月 11 日

13：30 -16：35

会

場：環 境科学研究科本館 大講 義室

参加者：81 名

当 研 究 科 は、2013 年 に 発 足した 全 学 組 織「 エ ネル ギ ー
研 究 連 携 推 進 委 員 会 」 の 世 話 部 局として、 東 北 大 学 のエネ
ル ギ ー 研 究 の 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 をもとに、2019 年 4 月 1 日、 学 際 研 究 重
点 拠 点「エネルギー 価 値 学 創生研 究 推 進 拠 点 」を設 立した。
この 拠 点は、 新しい 学問としての「 エネルギー 価 値 学」 創 生に向けて、 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 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。 当 研 究 科 は事 務 局としてこれを主導し、2019 年 4 月に拠 点のキックオフシンポジウムを開催した。シンポジウムでは、拠 点の 研究開発事例を紹介するとともに、これからの産学官連携と学際的研究 、国際 展開のあり方について、会 場の参加者を交えて意 見を交換した。

4

3

3

2019 年 修了者進路状況 (MC)

6
鉄鋼・非鉄

製造業

18

東北大学進学（博士課程）

6
化学・石油

8

13

58
13

9

その他

6

6

6

輸送用機械

はん用・業務用機械

電気・通信

帰国・進学準備・国家試験準備等
学術研究（学術・開発研究機関・専門技術サービス等）
電気・ガス・熱供給・水道業
建設業
国家・地方公務員
その他

サイエンスアゴラin仙台2019&
東北大学SDGsシンポジウム
エネル ギ ー 価 値 学 創 生 研 究 推 進 拠 点キックオフシン ポジ
ウムを 発 展させ、11 月には 広く社 会 へ 向け て 本 拠 点の 活 動をアピールする べく、JST との 共 催 により「 サイエンス アゴ
ラ in 仙 台 2019 & 東 北 大 学 SDGs シンポジウム 」 を開 催した。 このシン ポジウムは、「 東 北 から『 持 続 可 能 で 心 豊 かな社会』を創造する」をテーマに据え、「科 学と社会の対 話」
をコンセプトとして 3 つのセッション構 成 で 2 日間にわたり
実 施された。研 究 者・行政 機 関・企 業・市民 団 体・市民・学生など幅 広い参加があり、2 日間 3 セッションの参加者 合計
は 378 名にのぼり、盛会のうちに終了した。
セッション 1「新たなエネルギー価 値 観 が拓く持続可能社会」

2019 年 修了者進路状況 (DC)7

ポスドク・JSPS 研究員

10

学校教育
製造業

6

1
4

82 Coexistence Activity Report 2019

日時：2019 年 11 月 5 日

13：0 0 -17：35

会

場：東 北大学 片平さくらホール

セッション 2「 新たなエネルギー 価 値 観 創 造に向けた科 学と社会の対話」
日時：2019 年 11 月 6 日

会

場：仙台国際センター 大ホール

9：30 -15：0 0

技術サービスセッション 3「JST・東 北 大学 共 催：JST 地 域 産学官社 会 連

その他（就職活動・帰国等）

日

時：2019 年 11 月 6 日

会

場：仙台国際センター 桜 1

携分科会 ワークショップ」
15：0 0 -18：0 0

Coexistence Activity Report 201983

第47回環境フォーラム「紫水会講演会」
紫水会は、東北帝国大学鉱山学科、東北大学鉱山学科、鉱山工学科、

日 時：2019 年 4 月 20 日 13：30 -15：00

資源工学科、地球工学科、機械知能・航空工学科エネルギー・環境コー会 場：学士会館（東京都千代田区）203 号室スの卒業生・各大学院修了生、および大学院環境科学研究科の一部の

内 容：

修了生を中心とする同窓会組織である。専攻に関わる最新の知見を共

渓流釣り，大型バイク，そして機械工学 / 齋藤隆之 教授（静岡大）有し、かつ同窓生同士の旧交を温めるため、紫水会では講演会を年にジオメカニクス―貯留層モデリングの新たな潮流― / 手塚和彦 氏（株式

1 度開催している。今回の講演会では、静岡大学から齋藤隆之教授、

会社物理計測コンサルタント 代表取締役社長）（株）物理計測コンサルタントから手塚和彦社長をお招きし、ご専門の観参加者：約 33 名

点からエネルギーと環境についてお話し頂いた。

第48回環境フォーラム
田路和幸教授が理事長を務める NPO 法人環境エネルギー技術研究所（SFTEE）との共催により、第 48 回環境フォーラムを開催した。今回は、企業や家庭での省エネに関心のある方、再生可能エネルギーの活用、BCP（Business Continuity Plan ／事業

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。2019 年は11 名の教員による 14 の講座を市内小学校に提案した。同時に、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リーチ活動として、「サロン講座」の提案を随時行っている。2019 年に実施された講座名と実施日、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】
2019 年 6 月 29 日
お花を植える土を作ろう！～廃泥土のリサイクル～ / 高橋弘 教授
参加者：29 名
2019 年 11 月 26 日
発酵食とライフスタイル / 三橋正枝 助手
参加者：31 名【宮城県実施 夏休み環境学習】
2019 年 8 月 9 日
地球にやさしいエネルギー教室 / 坂口清敏 准教授
参加者：10 名

みやぎ県民大学 大学開放講座「材料の機能で環境を守る」

継続計画）対応に関心のある方を主な対象として、田路和幸名誉教授に車載用蓄電池を「みやぎ県民大学」は、宮城県が県民の生涯学習の場として運営し活用した高効率 PV 利用システムの開発についてお話頂いた後、福島を拠点に、復興とているもので、「趣味教養」「自然環境」「製作実験」「健康食育」といっ

再生可能エネルギー普及に向けた取り組みを進めておられる株式会社エナジア 代表取締

た幅広いテーマで講義が行われている。当研究科では、県の依頼を役 白石 昇央氏にご講演頂いた。

受けて例年「自然環境」のテーマで講座を開講している。今年度は、「材

第 2 回（8 月 30 日）：炭素ナノ材料で電池を高性能化する / 佐藤義
倫 准教授
第 3 回（9 月 6 日）：水の中で金属 / 合金ナノ材料を作る～省資源と省エネルギー / 高橋英志 教授
第 4 回（9 月 13 日）：セラミック材料で生体や環境を修復する / 上高原理暢 准教授
参加者：13 名料の機能で環境を守る」と題し、いろいろな材料（物質）のもつ個性
日時：2019 年 5 月 24 日

会

場：エコラボ 第 4 講義室

16：00-17：10

内容：的な機能（性質）を用いて、環境、エネルギー、生体等に関わる問題を解決する研究内容を分かりやすく解説した。

車載用蓄電池を活用した高効率 PV 利用システムの開発（NEDO ダイレクトエナジープ

日時：2019 年 8 月 23 日～ 9 月 13 日 毎金曜日 17：30-19：00

ロジェクトから）/ 田路和幸 名誉教授

会

場：環境科学研究科本館 たまきさんサロン

脱炭素イノベーション戦略連携による新たな収益モデルの【創発】/ 白石昇央 氏（株式内容：

会社エナジア 代表取締役）

第 1 回（8 月 23 日）：断熱材と蓄熱材でエネルギー問題を解決する /参加者：48 名

松原秀彰 教授

第49回環境フォーラム「再生可能エネルギーの今後の展望～
エネルギーの賢い選択に向けて～」
田路和幸教授が理事長を務める NPO 法人 SFTEE との共催による、2019 年 2 回
目の環境フォーラムである。2019 年 11 月からの固定価格買取制度（FIT）における買取保証期間終了を控え、FIT 終了後のエネルギーに関する賢い選択をテーマに 3 件の講演を頂いた。
日時：2019 年 11 月 1 日

13：30 -16：00

会

場：仙台ガーデンパレス 3F コンベンションルーム

内

容：再生可能エネルギーの主力電源化に向けて / 成田眞 氏（東北経済産業局）

みやぎ生協の再生可能エネルギー事業について / 大原英範 氏（コープ東北サンネット
事業連合 みやぎ生活協同組合）
車載用リユース蓄電池を用いた再生可能エネルギーの地産地消 / 田路和幸 名誉教授
参加者：32 名

第1回環境科学討論会

1st 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 専攻体制を改

第1部

講演

組し「先進社会環境学専攻」と「先端環境創成学専攻」の 2 専攻体講制となった。この変革にあたり、専攻間やコース間の研究交流を促進/ 佐藤王高 氏

演：企業が求める人材 ～今、何を考えておくべきなのか～

し、専門分野間の情報交換を活性化させて研究科内の良好な融合と環境ビジネスのキーワード ～環境科学研究科として考えておきたいと境界領域の開拓を目指すため、年 2 回のペースで「研究交流会」を思うこと～ / 白鳥寿一 教授

開催してきた。これまでの開催で、すべての研究室から研究の背景や【研究紹介】原料水溶液中の錯体制御による均質合金ナノ材料の開発

研究思想を発表頂いたことを受け、2019 年からは新しい試みとしてと応用 / 高橋英志 教授

学生のポスター発表のセッションを設け、講演の部とポスター発表の参加者：67 名

DOWA ホールディングス株式会社部とから成る「環境科学討論会」として新たにスタートを切ることとした。初回であった今回は、ポスター発表に対して科内学生から 47

第2部

件、企業から 2 件のエントリーがあり、講演の部と合わせた参加者は

発表数：学生 47 演題，企業 2 演題

ポスター発表200 名に迫る盛況となった。優秀なポスター発表に対しては、研究

受賞者：伊藤健太郎（珠玖研 M2）Gold prize

科より「環境科学討論会優秀ポスター賞」が授与された。

横山凱乙（折茂研 M2）
金内貴文（和田山研 M1）

日時：2019 年 6 月 28 日

13：00-19：00

Zhengyang Zhang（松八重研 D3）

会

場：環境科学研究科本館

大講義室（第 1 部・講演），

参加者：117 名

展示スペース 2（第 2 部・ポスター発表）
84 Coexistence Activity Report 2019

Coexistence Activity Report 201985

環境科学研究科オープンキャンパス

第 1 回 環境科学討論会 Photo2019 年 7 月 30 日と 31 日の 2 日間、東北大学オープンキャンパ

ナノ材料による低環境負荷・高性能なエネルギーデバイス（燃料電池、太陽電池等）の開発【高橋（英）研究室】
高度環境社会を支える高機能材料の開発【福山研究室】

スが開催された。環境科学研究科では、訪れた 1399 名の来場者に

環境・エネルギー問題を考えた大規模地殻工学【伊藤研究室】

対し、研究室のパネル展示や公開講座を通じて本研究科の研究教育

人と地球にやさしい社会を実現する新材料の開発【小俣研究室】

活動を紹介した。

地殻環境・エネルギー技術の新展開【高橋・坂口研究室】
国土強靭化と循環型社会の構築を目指して－建設副産物の再資源化・2019 年の研究紹介展示は下記の通りである。

環境調和型開発システム－【高橋（弘）研究室】

コロキウム環境

第 129 回

本研究科では 2004 年より「コロキウム環境」と名付けられた研究

地圏環境の今 ―エネルギー・資源・リスク評価―【駒井研究室】

粉体プロセス技術と数値計算の融合で目指す新たな水素社会【加納大気環境を左右する微量成分の観測的研究【村田研究室】

研究室】

非鉄製錬技術を基盤とした金属循環システムの構築【柴田研究室】

環境調和型電子デバイスの創製【鳥羽研究室・下位研究室】

次世代型ライフスタイル創成に貢献できる機能性軽元素複合材料の地球システムの探求と有効利用〜岩石・流体・エネルギー〜【土屋研開発【佐藤（義）研究室】

究室】

環境・生命と調和する材料の開発【松原研究室】

また、公開講座として、駒井・渡邉研による「岩石の中をのぞいてみる」

先進社会にふさわしい環境浄化・資源開発技術の創成【井上研究室】

が開催された。

Fluid-induced crustal processes: failure, earthquakes,

water-rock interaction

集会を実施している。これは、従来研究室ごとあるいは研究グループ

日時：2019 年 10 月 3 日

14：00-17：00

ごとに行われてきた内外の研究者の講演や研究集会等を、研究科の発

表：Injection-driven failure and fault mechanics in highオーソライズされた形式自由な研究集会として研究科内外に広く公開

fluid flux regimes / Stephen Cox 教授（オーストラリア国立大学）

するものである。講演者は海外研究者、学外研究者等多彩で、いずれEarthquake Activities Induced by the 2011 Tohoku-Oki

も活発な討論が行われており、科内の環境科学研究の活性化に寄与しEarthquake Related to the spatio temporal variations inている。2019 年に開催されたコロキウム環境は下記の通りである。

Stress and Strength in the Tohoku District / 吉田圭佑 助教（東北大学大学院理学研究科）

第 126 回

Soil aggregates as a stage for microbial ecology &Rock Failure, Liquid Flashing and Fluid Movement -What ishappening in the Crust- / 土屋範芳 教授（東北大学大学院環境

evolution
日時：2019 年 2 月 7 日

発

表：Prof. Matthias Rillig (Free University of Berlin, Germany)

13：00-15：00

科学研究科）
Carbonation and fracturing of ser pentinites within

参加者：14 名

subduction zone: an example from the Sanbagawa belt /第 127 回

岡本敦 准教授（東北大学大学院環境科学研究科）

Estimating the environment and health cost of coal

参加者：50 名

power plant
日時：2019 年 7 月 19 日

14：40-16：10

発

表：Dr. Alin Halimatussadiah (University of Indonesia)

第 130 回1. What is multi-regional input-output model: Strengths and入試説明会2019 年は、秋入試のための説明会を仙台で 2

参加者：17 名

Limitations

第128 回2. Theory and applications of multi-regional input-output

回・東京で 1 回、春入試のための説明会を仙台・

scenarios: The Technology-resources-sustainability nexus

model

東京で各 1 回の、計 5 回開催した。各回ともに、

日時：2019 年 8 月 2 日

14：40-16：10

日

時：2018 年 4 月 18 日

発

表：Dr. Tomer Fishman (School of Sustainability, IDC Herzliya,

発表：Dr. Keiichiro Kanemoto (Research Institute for Humanity

Rare earth metals and Socio-economic metabolism

Israel)and Nature)

参加者：14 名

参加者：10 名

86 Coexistence Activity Report 201916：30-18：00

コマロフ入試実施委員長から環境科学研究科全体の入試群とコースについて紹介し、その後各入試群の説明を行った。

◆秋期入試説明会◆春季入試説明会

第1回

仙 台 会 場：11 月 23 日 13：00-15：00，

仙台会場：4 月 20 日 13：00-15：00，

環境科学研究科本館，参加者 12 名

環境科学研究科本館，参加者 13 名

東 京 会 場：11 月 25 日 18：30-20：30，

第2回

東北大学東京分室，参加者 6 名

仙 台 会 場：6 月 1 日 13：00-15：00，
環境科学研究科本館，参加者 5 名
東 京 会 場：6 月 7 日 18：30-20：30，
東北大学東京分室，参加者 9 名

Coexistence Activity Report 201987

第42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

12 月 18、19 日には、インドネシアのブラウィジャヤ大学においてブラウィジャヤ大学の教職員・学生に加え、バンドン工科大学の教員

日時：2019 年 7 月 5 日（金）東北大学環境科学セミナー（Tohoku University Environmentalも参加し、活発な質疑応答が行われた。また、セミナー後には東北会

場：ラフレ埼玉 4F 欅の間Studies Seminar 2019）及び部局間覚書締結式を開催した。12

大学とブラウィジャヤ大学の大学間学術交流・学生交流覚書締結式が出席者：17 大学 39 名（本研究科からは研究科長，事務室長が参加）

月 18 日に行われた東北大学環境科学セミナーでは、本学副学長の山行われた。12 月 19 日には、今回新たにブラウィジャヤ大学の農業

協議題：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

口昌弘教授による開会挨拶に続き、環境科学研究科長の土屋範芳教

工学科、コンピューターサイエンス科、及び数学・自然科学科と部局

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長等会議規定」の改正について，次回本会議の開催について

授、高橋英志教授、中谷友樹教授、村田功准教授、佐野大輔准教授、間覚書を締結した。締結式後には、今後の具体的な交流計画が話し

科学関係研究科長等会議」に参画している。2019 年は埼玉大学の承合事項：大学院の定員充足状況及び大学院入学・進学者のバックグ及び本学災害科学国際研究所の杉安和也助教の 6 名が、当研究科で合われ、当研究科が提供している奨学金制度を有効に活用することな主管による第 42 回会議に出席し、研究科の運営等に関する情報を得ラウンドについて，研究科の統合再編について，国際化に向けた留学

行われている研究内容について紹介し、さらに当研究科が提供していどについて合意した。

ると共に、意見を交換した。

生の受け入れと大学院修了後の支援体制の整備についてる奨学金制度及び大学院プログラムについて説明した。セミナーには

国際協力・交流関連[ RESDプログラム2019 ]RESD プログラム（Regional Environmental and Sustainable
Development）とは、博士課程の優秀な学生を対象とした、環境科学・工学・管理分野におけるリーダー的人材養成のプログラムであり、中国の清華大学、同済大学、韓国の KAIST（韓国科学技術院）、& Environment」のテーマのもと、本学では都市鉱山廃棄物の現状、鉄鋼産業における環境資源問題の講義のほか、東日本リサイクルシス
テムズ株式会社の視察を実施した。参加学生は、日本における廃棄物リサイクルの現状や課題を学び、各国における産業や環境問題の比山口副学長による開会挨拶

高橋教授による奨学金制度紹介

土屋研究科長による研究紹介

中谷教授による研究紹介

村田准教授による研究紹介

佐野准教授による研究紹介

杉安助教による大学院プログラム紹介

大学間学術交流・学生交流覚書締結式の様子

ブラウィジャヤ大学農業工学科との部局間

ブラウィジャヤ大学コンピューターサイエンス科とのブラウィジャヤ大学数学・自然科学科との部局間学術交流・学生交流覚書締結式での集合写真

較検討を行うとともに、文化的交流を深めることが出来る良い機会となった。

POSTECH（浦項工科大学）、GIST（光州科学技術院）、金沢大学および本学の間で 2008 年より実施している。2019 年は、7 月 7 日～
7 月 27 日の期間において、中国清華大学、同済大学、本学、金沢大学、
韓国 GIST、POSTECH にて各国 1 週間合計 3 週間の交流プログラムが実施された。
各国の 1 週間プログラムは、学生からのカントリーレポートの報告、
アジアの環境問題に関するレクチャー、現地調査、プレゼンテーショ
ン、ディスカッションから構成される。
本プログラムでは、毎回テーマを設定しており、本年は「Materials[ 国際交流活動 ]本研究科では、海外との関係を重視し、海外の大学と研究や教育の交流と協力を行っている。中国、インドネシア、ベトナム、タイ、
インド、韓国等アジアを中心に世界中に協力関係がある。環境科
学研究科が学術交流協定締結に中心的な役割を果たしている海外機関ならびに、当研究科が学術交流協定締結に参加している海外機関を次々頁に示す。

学術交流・学生交流覚書締結式の様子

2019 年の国際交流活動としては、地球規模課題対応国際科
学技術協力プログラム（SATREPS）を通じて関係の深いエルサ
ルバドル大学との部局間協定締結と、インドネシアのブラウィジャ
ヤ大学との部局間協定締結が挙げられる。
11 月 18 日、本研究科はエルサルバドル大学工学建築学部と部
局間協定の調印式を行い、協定を締結した。環境科学研究科本館で開催された式典へは、エルサルバドル大学工学建築学部から学部長の Edgar Armando Peña Figueroa 教授と、エルサル
バドル国営地熱会社 LaGeo の Mynor José Gil Arevalo 社長が参加され、終始アットホームな雰囲気での調印式となった。調

部局間学術交流・学生交流覚書締結式の様子

部局間学術交流・学生交流覚書締結式の様子

印式終了後は研究棟の視察案内を行い、本研究科での実験機器
や研究の状況等を紹介した。

88 Coexistence Activity Report 2019

Coexistence Activity Report 2019

89

索引
氏名

あ

か

職階
宏

壹岐

伸彦

教授

44

市川

和利 （日本製鉄株式会社）

客員教授

56

張

伊野

浩介 （工学研究科）

准教授

46

土屋

井上

久美

准教授

46

轟

井上

千弘

教授

10

鳥羽

宇野

正起

助教

12

トレンチャー

大田

昌樹

准教授

52

大庭

雅寛

特任助教

60

大橋

隆宏

助教

28

岡本

敦

准教授

12

海心

助教

48

教授

36

准教授

8

准教授

42

助教

郭

葛西
亀田

理暢
知人 （工学研究科）

川田
簡（産業技術総合研究所） 客員教授

栄輝

唐島田

龍之介
達也

梅芳

コマロフ

英志

教授

22

高橋

弘

教授

14

銘

（産業技術総合研究所） 客員教授

範芳

教授

直人
隆一
グレゴリー

32
12, 24

准教授

54

教授

28

准教授

24
58

中村

謙吾

助教

20

中谷

友樹

教授

34

梨本

裕司

助教

46

は

平野

伸夫

助教

4

ま

町田

敏暢 （国立環境研究所）

客員教授

58

44

末永

智一

教授

46

教授

18

松八重

教授

26

助教

10

松原

秀彰

教授

8

明哉 （材料科学高等研究所） 准教授

一代

42

松村

勝

客員教授

56

46

丸岡

大佑

助教

36

准教授

10

三橋

正枝

助手

60

教授

20

村上

太一

准教授

36

助教

武

高橋

客員教授

将吾

駒井

な

ページ

英彰 （国立環境研究所）

熊谷

ギド

32

職階

中島

熊谷

グラウゼ

（日本製鉄株式会社）

セルゲイ

教授

50

村田

功

准教授

38

小森

大輔 （工学研究科）

准教授

40

森口

晃治 （日本製鉄株式会社）

客員教授

56

齋藤

優子

特任助教

八代

圭司

准教授

18

坂口

清敏

准教授

16

山岸

裕幸

助手

12

坂本

靖英 （産業技術総合研究所） 客員准教授

32

山本

卓也

50

佐藤

義倫

助教

准教授

6

横山

俊

22

里見

知昭

准教授

助教

14

吉岡

敏明

42

佐野

大輔

教授

准教授

40

吉川

昇

仁

准教授

50

珠玖

教授

46

下位

法弘

准教授

28

李

玉友

寿一

教授

40

白鳥

教授

ら

28

鈴木

敦子

助教

44

わ

渡邉

教授

48

助教

34

スミス
関根

90 Coexistence Activity Report 2019

た

浅沼

上高原

さ

氏名

ページ

（工学研究科）リチャード
良平

42, 60や和田山（工学研究科）

則昭
智正

准教授

20

教授

54

Coexistence Activity Report 201991

環境科学研究科事務室職員
事務室長
総務係

係長

松本

昭夫

阿部

武浩

根本

貴徳

加藤

智

鹿野

美里

二階堂

教務係

係長

敦子

舘

智恵

林

睦

村岡

響子

菅田

宙

吉田

千晶

赤坂

葉子

佐々原

裕子

佐久間

香奈

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

和田山智正

准教授

坂口清敏

助

物部朋子

手

発行日 ： 2020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 2019