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

准教授 渡邉 賢

助教 相田 卓Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Smith Richard Lee Jr.

Masaru WatanabeGroup Photo

Taku Aida

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。水と二酸化炭体と超臨界 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．

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、超臨界状態の水と二酸イオン液体にバイオマスを溶解・反応させ、温度・圧力を操作するこ化炭素を用いたバイオマス変換、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研究しています。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

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.

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。
当研究室では、主に環境調和型の溶媒を用いた化学システムおよび化学プロセスの開発に関して研究を進めている。その多くが超臨界流体、特に超臨界 CO2 と超臨界水の特長を利用するものである。具体

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、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).
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

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。

2017 年の活動（国内）
化学工学会 第 82 回年会、東京

5月

石油学会第 60 回年会、東京

7月

化学工学会東北支部主催・第 57 回プロセス設計技術講演会・

April 16th European Meetings on Supercritical Fluids, Portugal
May 2nd International Conference CBRNE - Research & Innovation, France

見学会、仙台
9月

化学工学会 第 49 回秋季大会 , 名古屋

Resources (ISASWR’17),” Fukuoka
November Japan-France Workshop on Supercritical Fluid Technology, JapanPublications

10 月 南京農業大学 Ph.D. Hu Li ( 客員研究員 )[1] Aida, T.M., Oshima, M., Smith, R.L., Controlled Conversion of Proteins into

11 月

第 11 回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム、名古屋

12 月

化学工学会金沢大会 2017、金沢

日本大学 大学院特別講義、千葉

August 5th international symposium & Exhibition on “Aqua Science and Water

High-Molecular-Weight Peptides without Additives with High-Temperature Water
and Fast Heating Rates, ACS Sustain. Chem. Eng., 2017, 5, 7709-7715.
[2] Aikawa, T., Watanabe, M., Aida, T.M., Smith, R.L., Hydrothermal leaching ofLiCoO 2 with sulfuric acid, nitric acid, and citric acid, Kagaku Kogaku Ronbunshu,
2017, 43, 313-318.
ionic liquids having different functionalities: 1-butyl-3-methylimidazolium chloride
and 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, J. Chem.
Thermodyn., 2017, 108, 7-17.
[4] Guo, H., Qi, X., Hiraga, Y., Aida, T.M., Smith, R.L., Efficient conversion offructose into 5-ethoxymethylfurfural with hydrogen sulfate ionic liquids as cosolvent and catalyst, 2017, Chem. Eng. J., 2017, 316, 770-777.

Fig.1 Development of Sustainable Products and Systems.

52 Coexistence Activity Report 2017

Fig.3 Conversion of Biomass to Chemicals and Fuels.

Teach!

Learn!

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment[3] Hiraga, Y., Koyama, K., Sato, Y., Smith, R.L., High pressure densities for mixed

Fig.2 Supercritical fluids with Safe Solvent Mixtures.

先端環境創成学専攻

化学工学会超臨界流体部会第 16 回サマースクール、千葉

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.

Activities in 2017 (Overseas)

3月

8月

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.

Goal!
Coexistence Activity Report 201753