ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2016.1

No.351

TODAY

ナノの世界をマクロにものがあります。この青葉工業会では、毎年青葉工業会ニュースというものを発行しており、ここには新任の教授の抱負が掲載されます。私も教授に昇格した 2006 年（平成 18 年）4 月に抱負を書かせていただきましたが、その時の題目が「新しき実用磁性材料の開発を目指して

東北大学 大学院工学研究科
知能デバイス材料学専攻 教授～ナノの世界をマクロに～」で、宮坂氏のご講演題目の「・・・－ナノレベルで特性を制御して、キロメート

東北大学 レアメタル・グリーンイノベーション
研究開発センター センター長

杉本

ルで造り込む－」を見て初心を思い出させていただいたわけです。また、今でもいつも頭の片隅には「使われるのが「材料」」という恩師である東北大学名誉教授であ諭る本間基文先生と岡田益男先生の言葉と、お世話になった同名誉教授の西澤泰二先生の「材料は組織を制御して私が所属している学科では、研究室に配属されて研初めて材料となる」という言葉があり、宮坂氏のご講演究の一端を担うようになってきた学部 4 年生への教育はこれらの先生方からいただいた教えともマッチして興のために、発表や討論の方法および聴く態度を修得す味をそそられたものといえます。

るとともに必要な工学倫理や人類への福祉などの知識・この観点で私が専門とする磁石材料、特に世界最強の情報を自ら摂取し、講演・論文の主旨や問題点を正し磁石で 1983 年に佐川眞人博士によって発明された Nd-

く把握する能力を養成して卒業研修で養うべき能力をFe-B 系磁石に目を向けてみると、発明からの 35 年間で理解させるための「材料科学総合基盤研修」という授本系磁石はハードディスクの VCM、HEV や EV の駆動業科目があります。本研修では学生各自が外国語文献モータ、エアコンや冷蔵庫のコンプレッサなどの多くのを読んで教員や学生の前で紹介することだけでなく、アプリケーションに用いられるようになり、鉄と同じよ各界の著名人をお招きしてご講演をお願いしています。

うに私たちの生活には欠かすことができない材料となっ今年の 10 月 1 日に、日本鉄鋼協会「経営トップによるています。まさに実用材料です。その高い磁気特性を生大学特別講義」によって新日本製鐵住金株式会社
表取締役副社長代

み出す磁化は主相である Nd2Fe14B 相の体積分率とその技術開発本部長である宮坂明博氏に、結晶構造と各元素の原子配置といったアトミックレベル「未来に挑戦する鉄づくり－ナノレベルで特性を制御が関係します。一方、磁石材料として必要な保磁力も、して、キロメートルで造り込む－」と題したご講演をその機構が逆磁区の核生成で決定されるため、Nd2Fe14Bお願いしました。そのご講演は、例に明石海峡大橋な相と粒界相である Nd-rich 相の間に存在する数 nm の界どをあげられ、鉄鋼材料の組織、特にナノレベルの組面が関係し、そこには酸素や添加元素などの存在もから織を制御することによって材料特性をあげ、それをふんできます。すなわち、ここに潜む現象を理解するためまえた材料プロセス技術を構築することによって大型の科学は、磁性材料学だけでなく、組織学、界面物性構造物の性能を上げていく、という内容で、学部 4 年学、希土類元素と酸素が絡むので製錬学（高温融体学）、生にも大変わかりやすく、また、研究意欲を掻き立て粉末を用いるので粉末冶金学などからなる総合的な科学る素晴らしいお話でした。私もご講演題目を見てドキッであり、まさに金属学といえます。近年では、JRCM のとさせられ、興味をもって聴かせていただいた一人で皆様が中心となって実施している NEDO「未来開拓技術した。

実現プロジェクト「次世代自動車向け高効率モーター用

実は東北大学工学部・工学研究科の教員・学生・卒磁性材料技術開発（MagHEM）」」が連携して進めてい業生及び仙台工業高等学校卒業生と工業教員養成所卒る文部科学省「元素戦略プロジェクト「元素戦略磁性材業生をもって組織する同窓会である青葉工業会という料研究拠点」」の研究もあって、従来、磁石材料の研究

1

では用いられてこなかった新しい技術、例えば、電子可能となり、さらには高い磁気特性をうまく引き出す顕微鏡、アトムプローブ、放射光、中性子を駆使したためのプロセス技術が確立してきたといえます。

解析技術、フェーズフィールド、第一原理計算、マイこのようなことから考えると、今後、将来の材料にクロマグネティックスなどの計算科学、などの躍進における特性の向上、または新たな材料の開発のためにより、サブナノレベルからマクロレベルまでに生じるは、さらに一歩進んだナノレベルの組織を解析して構現象の理解が深まっています。このようなスケールレ築できる技術と、そもそも不均一な形態をもっているベルにおける現象の理解をもとに、各種添加元素によ材料組織を、如何にマクロスコピックでも理想形態とる Nd2Fe14B 相と Nd-rich 相界面の組織制御、溶解鋳造なるように制御する技術の開発が必要といえます。ま技術ではストリップキャスティング、粉末作製では水さに西澤泰二先生がおっしゃっていた「材料は組織を素処理法やジェットミル法、高耐熱・保磁力化ならび制御して初めて材料となる」です。私自身も、研究者に Dy 削減では粒界拡散法や結晶粒微細化、などを可能の一人として絶えずこのことに携われるよう日々努力とする新技術が日本の研究者によって生み出され、Nd-していこうと思います。宮坂氏のご講演を聴かせていFe-B 系磁石の特性は向上してきました。まさに新たなただき、初心にもどって思いを新たに致しました。

アプリケーションへの応用が始まり、高いポテンシャ

JRCM の方々には、今後ともご指導ご鞭撻のほど、ルを生み出す現象をマルチスケールで理解することがよろしくお願い申し上げます。

JRCM REPORT

革新的な省エネルギー技術の開発を目指して〜未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発プロジェクト〜
国立研究開発法人 産業技術総合研究所 エネルギー・環境領域 研究戦略部長
未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発プロジェクト プロジェクトリーダー

小原 春彦
経済産業省のプロジェクト、「未利用熱エネルギーのは最終エネルギー消費で 5030 万 kl 程度の省エネルギー革新的活用技術研究開発プロジェクト」は有効利用さを実施する」と記載され、省エネルギーに対して大きなれずに捨てられている熱を減らすための技術開発を目目標が掲げられています。

的として平成 25 年から開始され、今年度で三年目を迎図１は国内のエネルギーフローを最終消費に至るまえます。今年度からプロジェクトは国立研究開発法人で示したものです。石油、天然ガスなどの一次エネル新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）に移管

ギーは最終エネルギー消費に至るまでに、発電などにされ、早期の実用化を目指して研究開発が加速されてよって約三割のエネルギーが失われます。さらに最終エいます。JRCM は国立研究開発法人産業技術総合研究所

ネルギー消費において有用なエネルギーとして使われ（産総研）とともにプロジェクトの中で調査事業を担うるのはその一部で、やはり多くのエネルギーが熱としとともに、未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組て有効利用されずに捨てられています。これらの未利合（TherMAT）の事務局としてプロジェクト運営に貢用の熱エネルギーは一次エネルギーの約６～７割と試献しています。本稿では、プロジェクトの概要ととも算されています [2]。このような未利用熱を減らすことに最近の研究内容について報告します。

が出来れば大きな省エネルギー効果が期待できますが、国内のエネルギー需給を見てみると、東日本大震災

過度の省エネルギー化は経済活動を制限する可能性が以降一次エネルギーにしめる化石燃料の割合が高くなあります。経済成長との両立が省エネルギー対策の大り、化石燃料を輸入に頼る日本では経済的に大きな負きな課題ですが、新たな省エネルギー技術開発は一つ担となっています。また中長期的には二酸化炭素排出の打開策となりえます。すなわち、新たな省エネルギー量の増大という大きな課題を抱えています。昨年 11

技術は経済活動を制限せずに大きな省エネルギー効果

月にはパリで、気候変動枠組条約第 21 回締約国会議が期待できるだけでなく、開発された技術・製品は海外（COP21）が開催されました。その中で 2020 年以降のにも展開できるので日本の産業競争力の向上にも資す新しい温暖化対策が議論されました。COP21 に先立ち、るからです。

政府は昨年７月に長期エネルギー需給見通しを発表し一方、省エネルギー技術開発には長い歴史が有り、新ました [1]。この中で省エネルギー対策については「産たな技術開発は容易ではありません。開発のリスクも大業部門、業務部門、家庭部門、運輸部門において、技きく民間企業だけに頼ることができません。そこで国は術的にも可能で現実的な省エネルギー対策として考え中長期的な視点から省エネルギー技術の開発に取り組られ得る限りのものをそれぞれ積み上げ、2030 年度にんでいます。本稿で紹介する「未利用熱エネルギーの革JRCM NEWS No.351

2不足している場合があり、特25に寒冷地ではその影響が顕著୍ḟ䜶䝛䝹䜼䞊ᅜෆ౪⤥

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余った排熱を蓄え、暖機時や暖房の熱が足りないときに活用することが考えられますが、そのためには自動車の限られたスペースで十分な熱を蓄えられる蓄熱モジュールが必要Ẹ⏕ศ㔝
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⇕ගとなります。プロジェクトでは高密度の蓄熱材料の研究開発を行っています。同時に蓄熱材料の低コスト化、蓄熱モ0ジュールの熱放出速度の改善㈨※䜶䝛䝹䜼䞊ᗇᖹᡂ䠎䠐ᖺᗘ䜶䝛䝹䜼䞊㟂⤥ᐇ⦼䠄㏿ሗ䠅

図１

います。有効な対策としては日本における一次エネルギー供給から最終消費に至るエネルギーフローᅗ䠍 ᪥ᮏ䛻䛚䛡䜛୍ḟ䜶䝛䝹䜼䞊౪⤥䛛䜙᭱⤊ᾘ㈝䛻⮳䜛䜶䝛䝹䜼䞊䝣䝻䞊にも取り組んでいます。これまでに有望な蓄熱材料の候補を検討し、その性能向上に成功しています。

新的活用技術研究開発プロジェクト」はその一つです。

遮熱・断熱技術は無駄な排熱を減らすためには効果

このプロジェクトは経済産業省と文部科学省が連携的で期待も高いのですがコスト、重量、強度など断熱して進める「未来開拓研究」の一環として平成 25 年度

性能以外の性能との両立も必要です。プロジェクトでから 10 年間の予定で開始されました。プロジェクトでは、超高精度なナノ積層技術を使って、従来の技術では未利用熱を減らす技術に関して、材料、機器、シスは困難であった透明性と遮熱性を兼ね備えた遮熱フィテムの飛躍的性能向上を目指しています。 具体的にはルムの開発を行っており、光学設計に目処がたってい熱の３R（Reduce, Reuse, Recycle）をキーワードとしてます。また工業炉用として強度と断熱性を兼ね備えた蓄熱、遮熱・断熱、熱電変換、排熱発電装置、ヒートファイバーレス断熱材料の開発を行っています。ファポンプといった各要素技術について、平成 34 年度末にイバーレス断熱材の需要は法規制もあり今後高まるも高い目標値を設定して研究開発を進めています。また、のと期待されています。

要素技術のみならず自動車の熱マネージメント技術開熱を再利用 (Reuse) する技術としてヒートポンプ技発にも取り組んでいます。プロジェクトには 18 の民間術を取り上げています。ヒートポンプは排熱を利用し企業、JRCM、産総研の２機関が参画し技術研究組合を構成していま೸ঢ়৴৹ਪଢ଼஢ಉ‫؟‬-5&0‫؞‬ਓ੕ଢ଼

5HGXFHす。さらに多くの大学、公的研究機関が共同研究先として参画する体制をとっています。図２
は熱の３R と研究開発体制について示したものです。
熱の使用量を減らす（Reduce） 技 術 と し ては、 蓄 熱、 遮 熱、 断 熱技術を取り上げています。 蓄 熱 は 長 い 技 術 開発の歴史がありますが、昨今自動車分野で蓄熱のニーズが高まっていま す。 自 動 車 は 暖 機 後に は 排 熱 が あ る 一 方、暖機や暖房時には熱が໮೸‫؟‬ঃॼ९ॽॵॡॺচॱঽ৿੤‫ؚ‬ਕഇ౴࿫ᄭ೸‫ূ؟‬ঞ૵೸‫؟‬஖෯ጓ঵೸ঐॿ‫ش‬४ওথॺॺচॱঽ৿੤
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図２
ᅗ䠎熱の３Ｒとプロジェクトの研究開発体制⇕䛾䠏䠮䛸䝥䝻䝆䜵䜽䝖䛾◊✲㛤Ⓨయไ
JRCM NEWS No.351

3て少ないエネルギーで高温の熱を作り出すことが出来種もまちまちです。そこでこれらの技術開発を横断的にるので、省エネルギー効果は大きく、特に産業分野でつなぎ、各技術開発のシナジー効果を生むための取り組利用されている燃料炊きのボイラーが高効率のヒートみも行っています。その一つが排熱の実態調査で JRCMポンプで置き換わると一次エネルギー消費の削減につと産総研が担当しています。日本における排熱の大規模ながります。プロジェクトでは機械・化学産業分野やな実態調査は 1993 年度から８年計画で行われた「広域食品分野における 200℃程度の熱配給に適したヒートエネルギー利用ネットワークプロジェクト」（通称ポンプの開発を行っています。このような高温ヒート

コ・エネ都市プロジェクト）[3] で 2001 年にまとめら

ポンプは未だ実用化していないので、地球温暖化係数れた調査以来行われていません。特に、その後の産業構の低い新しい冷媒の開発も必要となり、これまで有望造の変化や東日本大震災の影響など、排熱の実態が変な冷媒の候補を選定して開発を進めています。また排わっている可能性があります。プロジェクトで開発する熱を利用した吸収冷凍機も省エネルギー機器として期技術の適用先を検討し、より有効な研究開発資源の投待が持てますが、そのために低い温度の排熱でも駆動入を行うために排熱の実態調査はきわめて重要で、産できる吸収冷凍機の研究開発を行い、プロトタイプの業界、さまざまな業界団体の協力のもと調査事業を行っ冷凍機の運転に成功しています。ており、現在アンケート調査等で集められたデータを分熱を電力に変換して利用 (Recycle) する技術として、エ析、集計しているところです。

熱電変換、排熱発電の開発に取り組んでいます。熱電「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発プロ

変換は排熱発電技術として期待が持たれていますが、ジェクト」は開始されてからまだ実質的に 2 年しか経変換効率やコストの面で性能が十分でなく、大規模な過していませんが、すでに材料や機器で具体的な成果実用化には至っていません。プロジェクトでは、飛躍があがっています。詳しくは TherMAT のホームページ

的に高い性能を持つ熱電変換材料の探索を行っていまをご参照下さい [4]。このプロジェクトは技術革新によっす。また比較的高い性能が実現している無機系の熱電て大きな省エネルギー化を実現しようとするものです

材料だけでなく、フレキシブルな熱電モジュールを実が、同時に日本が強みを発揮しているエネルギー効率の現できる有機系の熱電材料の開発にも取り組み、曲面高い部材、製品につながる技術開発です。プロジェクトへ適用可能な熱電モジュールの実現に向けた材料の高期間は 10 年を想定していますが、得られた成果はプロ性能化、モジュール化技術の開発を行っています。すジェクト途中でも順次実用化を図っていく予定です。

でに高い電気的な性能を持つ有機材料の開発や、フレ一方、最近では世界的な景気の減速の懸念、シェーキシブルモジュールの試作に成功しています。

ルガス、シェールオイルなど非在来型資源の開発によっ排熱発電に関してはまず発電容量の小さい 10 ｋ Wて原油、天然ガスの価格が下がっています。化石燃料を以下のオーガニックランキンサイクル (ORC) 発電の開輸入に頼る日本にとっては一次エネルギーの価格が下発に取り組んでいます。プロジェクトではまず 1kW クがることにメリットはありますが、省エネルギーに対すラスの小規模の ORC 発電装置の高効率化、低コスト化る取り組みが後退する懸念もあります。COP21 での議に取り組み、すでに高い発電効率を実証しています。

論が注目されましたが、経済の持続的な発展と地球環境

1kW クラスの ORC 発電装置は分散する産業分野の排の保全を両立することを目指して省エネルギー技術開熱発電に有効な技術です。

発を継続的に進めていくことは日本はもとより世界にこれまで述べた熱の３R に関する要素技術の研究開とって非常に重要です。引き続きプロジェクトに対する発を統合する目的でプロジェクトでは熱マネージメン関係各位のご助力、ご理解を頂ければ幸いです。

ト技術の開発を行っています。熱マネージメント技術の対象としては、近年排熱活用のニーズが高まってい参考文献

る自動車を中心としています。この中で、高効率な熱[1] 経済産業省ニュースリリース

輸送技術や排熱利用の小型冷凍機の開発を行い、将来

http://www.meti.go.jp/press/2015/07/20150716004/

的には要素技術との統合によって自動車の実質的な燃20150716004.html

費向上を目指しています。自動車分野における熱マネー[2] 平田 賢；省エネルギー論 ,（1994）, オーム社 .

ジメント技術はコスト、サイズ、重量などに高い性能[3] 棚澤一郎監修；エコ・エネ都市システム , (1995), 財が要求されるので、開発された技術はその後産業分野、団法人省エネルギーセンター .

民生分野への応用も期待できます。

[4] プロジェクトの概要、最近の成果は下記 URL に掲載

このプロジェクトの参画民間企業は 18 社と多く、業

http://thermat.jp

The Japan Research and Development Center for Metals

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JRCM NEWS ／第 351 号

2016 年 1 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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