Tokyo Tech

⽂部科学省と国⽴⼤学附置研究所・センター
個別定例ランチミーティング
第23回

東京⼯業⼤学 科学技術創成研究院
ゼロカーボンエネルギー研究所（2022.11.18)

12:05-12:10(5分） ︓ 「研究所・センターの概要」、所⻑ 加藤之貴
12:10－12:25(15分） ︓若⼿研究者からのプレゼン「エネルギー変換・貯蔵技術開発を通じて⽇本への貢献を⽬指す」
准教授 髙須⼤輝「福島復興・再⽣とゼロカーボン社会に向けた原⼦⼒諸課題の解決と新しい原⼦⼒イノベーションを⽬指す」
助教 中瀬正彦
12:25－12:45(20分） ︓質疑応答

ゼロカーボンエネルギー研究所の組織構成

2021/6 先導原⼦⼒研究所から改組• フューチャーエネルギー部⾨と原⼦⼒⼯学部⾨からなる• Tokyo Tech GXI本部• ⽣命・医療放射線利⽤分野もZC研の主要テーマの⼀つTokyo Tech

研究所概要Tokyo Tech

2021年度実績
ZC研教職員
教授
9名
准教授10名助教
7名特命教授 ２名
特定教授 ３名特任教授 15名研究員
27名
URA
1名
ZC研協⼒教員
教授
9名
准教授
2名

① ZC研所属教員の発表論⽂数
68 報②ZC研所属教員が獲得した資⾦
総額
⾦額
件数(1)政府系外部資⾦
科研費(⽂科・学振)￥73,710,000
18
科研費分担⾦(⽂科・学振)￥30,846,400
4
受託研究(政府系)￥870,477,985
23
受託事業￥97,778,700
14その他補助⾦￥19,752,548
5
⼩計￥1,092,565,633
64
⾦額
件数(2) 共同研究
共同研究￥498,579,853
97
受託研究（⺠間企業）￥20,246,350
9
⼩計￥518,826,203 106
総額￥1,611,391,836 170

Tokyo Tech

⽂部科学省R4ミッション実現加速化経費（教育研究組織改⾰分（組織整備））【事業⽬的】
政府⽅針である2050年カーボンニュートラル(CN)実現のためにはグリーン・トランスフォーメーション(GX、緑転、CN化に応じた産業及び社会の構造の変化）が必須である。GX社会を先導(Initiation)する研究活動の推進とスタートアップの強化、産業・社会連携の実質化を進めるために本事業Tokyo Tech GXIを展開する。

GXIオープンイノベーション

Tokyo Tech学⻑

1. 本学400名のエネルギー研究関連教員と産学官・地域・市⺠とのGXオー
プンイノベーションによるCN実現の加速。
2. 40社のエネルギー関連企業による産学連携委員会を組織。ベンチャー育成。
3. GXI実証研究。GXI協働研究拠点の展開。GX研究の拠点化、新たな学術の創成を⽬ざす。

学院

6学院・エ
ネルギー
関連研究者300⼈

研究・産学連携本部

物質・情報、超スマート社会卓越教育院

オープンイノベーション機構

エネルギー・情報卓越教育院

科学技術創成研究院
エネルギー関連研究者100⼈

ZC研/GXI本部
グリーン・トランスフォーメーション・イニシアティブ

Tokyo Tech GXI

産学連携委員会

ベンチャー
育成コア

エネルギー関連企業40社のGXI連携プラットフォームGXI実証研究
GXI⼤岡⼭ラボ
GXIラボ2…

GXI協研拠点
GXI協研拠点群

市⺠、⾃治体、省庁、地
元企業、 企業、 国内外の⼤学および研究機関

図2 Tokyo Tech GXIのオープンイノベーションネットワーク

Tokyo Tech GXIの活動展開
ゼロカーボン
エネルギー研（GXI HQ）
科学技術創成研
究院エネルギー系教員(100名)

グリーン・トランスフォー
メーション・イニシアティブ

Tokyo Tech GXI

技術実証︓ 協働研究拠点 社会発信︓
東⼯⼤６学院エGXイベント*形成︓
炭素循環
ネルギー系教員
グリーン産業 オープンイノ 、ベンチャー(300名)
育成
システム・グ ベーションに*GXIセミナー、よるGX技術 テックミーティン
リーン⽔素
エネルギー・の社会実装 グ、チャンネル、
情報卓越教育院
GX研究環
組織改⾰ 境整備（基関連プロ 盤的設備等
ジェクト 整備分）

GXI⼤岡⼭ラボ
GXIすずかけ台ラボ
北実験棟3ATokyo Tech

GXI産学連携委員会
市⺠、⾃治体、省庁、地元企業、国際企業国内・海外⼤学および研究機関

カーボン
ニュートラル
社会の実現

GX研究のオープンイノベー
ションによる社会実装、GX
社会実現に向けてのアウトリーチ活動（技術啓蒙、GX
シンポジウム、セミナー）

エネルギー変換・貯蔵技術開発を通じて日本への貢献を目指す
令和4年11月18日（金）12:05~12:45
文部科学省と国立大学附置研究所・センター
第23回個別定例ランチミーティング

東京工業大学 科学技術創成研究院
ゼロカーボンエネルギー研究所
准教授

髙須 大輝

takasu.h.aa@m.titech.ac.jp

自己紹介（髙須大輝）と研究概要

 経歴
2015年
2018年
2018年
2022年

Tokyo Tech

東工大大学院 理工学研究科 原子核工学専攻 修士課程修了
東工大大学院 理工学研究科 原子核工学専攻 博士後期課程修了
東工大 科学技術創成研究院 先導原子力研究所 助教
東工大 科学技術創成研究院 ゼロカーボンエネルギー研究所 准教授

 研究職へ進んだきっかけ
文部科学省 国公私立大学を通じた大学教育再生の戦略的推進
博士課程教育リーディングプログラム “環境エネルギー協創教育院(ACEEES)”での教育（異分野研
究、海外研究者メンター制度、海外留学等）が研究職へ進むターニングポイントに

2

非化石エネルギー

Electric &thermal energy

 取り組む研究
研究テーマ概要図➢化学を通じたエネルギー変換・貯蔵技術開発による貢献がテーマ
CO2 資源化➢大きく分けて以下3つの研究に取り組む
CO2① 産業におけるCO2循環利用のたCO
めのCO2資源化技術の開発
e.g.
② 次世代エネルギーである水素の製鉄製造技術の開発
銑鉄 鉄鉱石③ 大規模エネルギー貯蔵のための熱貯蔵技術の開発
産業プロセスElectric &thermal energy

博士課程教育リーディングプログラムでの経験を基に現在研究や教育活動に携わる

H2
水素製造

Electric &thermal energy

熱貯蔵発電・熱利用

国内企業と連携してカーボンニュートラルに資する国産技術の研究開発を推進している

CO2循環利用のためのCO2資源化技術の開発

Tokyo Tech

 実産業プロセスへのCO2資源化技術の適用

 CO2の排出量削減

鉄鉱石(Fe2O3)

CO2

CO2

日本人一人当たり
年間CO2排出量: 8.4トン⇒1時間毎に約1kgのCO2を排出

低炭素エネルギー
電気・熱CO2 資源化
プロセス

CO銑鉄(Fe)

・年間10億トンに及ぶCO2排出量削減が喫緊の課題
高炉・特に産業部門からのCO2排出は全体の34%で最多 ・産業排出CO2を資源化し循環利用するシステムを提案⇒実産業のCO2排出プロセスの革新的な改革が必要 ・効率的で大規模化可能なCO2資源化技術の開発が必須

 固体酸化物形電気分解セル(SOEC)
カソード
固体電解質

CO2 CO
O2-アノード
1/2O22e-

反応①:CO2 + 2e-→CO + O2反応②:O2- → ½O2+ 2e総反応:
CO2 → CO + 1/2O2

・SOECを用いることで高温下で効率的なCO2の還元が原理的に可能
・課題は大規模CO2資源化のためのセルの大面積化⇒既存SOECはオールセラミックスで大面積化が困難

 金属支持SOEC (MS-SOEC)の開発
提案MS-SOEC断面構造

アノード電解質
カソード
拡散防止層

反応層

金属基板

金属メッシュ
支持体
1ｍｍ

支持体: 金属メッシュ
金属基板

・金属を支持体として用いる独自構造のMS-SOECを提案⇒大面積化、低コスト化が期待・実用化を見据えた製造技術を用いて、国内の各メーカーらと共同で開発中

MS-SOECによるCO2の直接電気分解

Tokyo Tech

 開発MS-SOECコインセルとセル性能評価部の構成
(a)

(c)

(b)

100 μm・独自構造を有する直径2cmのMS-SOECコインセルを作製・大面積化を想定し、支持体は線径10μm以下の市販金属 ・MS-SOECの各電極へのガス供給と生成ガスの回メッシュを用い、各反応層は溶射法により形成
収のため二重管で挟み、白金線で電気的に接続

 MS-SOECの大面積化

5-1-12Anode: N 40 mL min422-1-12-1

Cathodevs. anode voltage
セル電圧[V] [V]Cathode: CO 20 mL min , H 2.0 mL min , N 18 mL mino@800 C3210MS300

020Production rate [µmol cmcm-2-2s s] -1]
ガス生成速度[μmol 固体酸化物形電気分解セル(SOEC)

40 60 80 100 120 140 160-2
Current density
cm-2]]
電流密度[mA[mAcm0.8-1-1Cathode: CO 20 mL min , H 2.0 mL min , N 18 mL min
20.7

Anode: N 40 mL min
22-1-12o@800 C

0.60.50.4

10 cm

0.30.210 cm

0.1MS300
004080120-2Current density[mAcm-2] ]電流密度[mAcm160・MS-SOECコインセルを用いて電気分解試験を実施し、その電気化学的特性とガス分析の結果からCO2電気分解の進行が実証・2020年度より10cm角のMS-SOEC大面積化セルの開発に着手し、試作セル製造に成功

現在、国内企業らと共に国プロを通じてMS-SOECの高性能化、大面積化を検討中

次世代エネルギー”水素”の製造技術開発

Tokyo Tech 次世代エネルギーとしての水素H2H2+ O2 ⇒4g (2 mol)

32g (1 mol)

H2O+ 570 kJ

H2O36g (2 mol)
出典: North of England P&I Association公式HP (2022/11/6アクセス)
https://www.nepia.com/alternative-fuel-and-energy-sources/

・H2は燃焼時にCO2排出の無いクリーンエネルギー
・日本では現在200万トンの水素が流通、2030年 ・H2は様々なエネルギーから製造可能であるが、当面は化には最大300万トン、2050年には 2000万トンの 石燃料を用いたH2製造が過半数を占める見通し⇒より効率的な水素製造技術の開発が水素利用拡大の鍵
水素製造が目標

 パラジウム(Pd)水素分離膜

 Pd膜作製手法の比較
Pd合金圧延膜（20μm厚）Pd合金薄膜（数μm厚）
多孔質支持体上被覆成膜法

逆ビルドアップ法（研究室独自技術）

髪の毛の太さ≒80 μmPd合金

・Pd水素分離膜を用いることで、混合ガス中からH2のみを高純度で分離可能⇒課題は膜の性能改善と低コスト化

支持体 Pd合金

支持体 Pd合金

・Pd膜の薄膜化により水素透過性能とPd使用量の削減が両立可能
・研究室独自技術である逆ビルドアップ法を用いることで、1μmオーダーの高性能Pd膜の作製が期待

Pd合金複合膜による水素分離

Tokyo Tech

 逆ビルドアップ法により作製したPd合金複合膜
作製Pd合金複合膜

逆ビルドアップ作製手順(a) Pd合金面④Ni多孔質支持体層(c) 断面(b) Ni支持体面

Porous Ni 12 µm③Pd合金層②樹脂層(⑤溶解剥離)①平滑基板

Pd60Cu40 1.0 µm
20.0 µm

8 kV, 2.00kx

8 kV, 2.00kx

20.0 µm

8 kV, 3.00kx

10.0 µm

・逆ビルドアップ法では平 ・支持体としては水素拡散を阻害しないNi多孔体を電気めっきにより導入
滑なPd層を先行して導入し、・逆ビルドアップ法を用いてPd層厚み僅か1μmの複合膜の作製に成功
その後支持体を導入
・複合膜のPd合金面は平滑で、Ni支持体は直径約2μmの円柱マクロ孔を有する構造

H2透過度

32T = 320 oC∆P = 84 kPa
H2n = 1.0

H2/He選択率-1-1

Primary side: H2 20 mL min , He 4 mL min-1
Secondary side: N2 100 mL min

105101520

試験時間[h]Time [h]256x1025x1024x10

23x10

22x10

21x10

2030

H2/He

PCN1.0 (Pd60Cu40: 1.0 µm, Ni: 12 µm)

24H2/He選択率
H /He
Selectivity, [-]α-2 -1

6-2 s-1-n] ]Permeance,[μmol10 ・ ϕ /Lm[molm-1 sPaPa
水素透過度
H2

 作製Pd合金複合膜の水素透過性能

 本複合膜を用いた水素精製

Pd合金膜
Pd合金膜
・作製複合膜のH2H2
H2
透過性能を評価H299%
99.999%・H2透過度は同条(50%)
件下の既存膜に対し1.5倍程度の高い性能を示す
He⇒既存圧延Pd膜に (50%)
対してコストを1/30に低減⇒H2とHeの1:1混合気体を本複合膜で1回透過・優れたH2/He選 させることで99%H2を、2回透過させることで択率(380)を示す 99.999%の高純度H2が製造可能

更なる高性能Pd合金複合膜の開発と炭化水素を用いた水素生成反応への適用を検討中

大規模エネルギー貯蔵のための熱貯蔵技術開発
 変換貯蔵技術による貢献
エネルギー量

供給変動

 エネルギー貯蔵システムの現状
世界のエネルギー貯蔵システムの割合

過剰部

不足部

エネルギー変換・貯蔵

需要変動

Tokyo Tech

揚水96.4%

世界各国のエネルギー貯蔵容量

電池
その他
33%
蓄熱
46％

国名

グリッド接続貯蔵容量

1

中国

32 GW

2

日本

28 GW

3

アメリカ

25 GW

4

スペイン

8 GW

参考: A.G. Olabi, C. Onumaegbu, Tabbi Wilberforce, Mohamad Ramadan, Mohammad Ali Abdelkareem, Abdul
Hai Al–Alami, Critical review of energy storage systems, Energy, Volume 214, 2021, 118987

時間・再エネ導入拡大によりエネルギー需 ・世界のエネルギー貯蔵システムの内、96%は揚水発電、次いで蓄熱給バランスは時間的、場所的に崩れる ・日本は世界的にもエネルギー貯蔵量を有している⇒エネルギー変換・貯蔵技術の活用 ⇒再エネ導入拡大に対して揚水以外の貯蔵システム導入の必要性は高い

 化学蓄熱の原理と特徴
熱出力

→A (s) + B (g)←AB (s) + Heat

蓄熱

エネルギー準位

化学蓄熱材

系外・化学蓄熱では可逆反応を利用して熱エネルギーを化学エネルギーに変換してエネルギーを貯蔵・高いエネルギー密度（約1000kJ/L）、長期保存時のエネルギー損失小、受動的な一定温度の出力等が長所
揚水発電と化学蓄熱の電気貯蔵密度比較
揚水（落差1km※）

化学蓄熱

エネルギー密度

10 kJ/L

1000 kJ/L

変換効率

80%

10%（仮定）電気貯蔵密度

8 kJ/L

100 kJ/L

A(s)+B(g)化学エネルギー

AB(s)

出力入力

熱エネルギー

・反応材料ごとに温度域や熱出入力性能、耐久性が異なる⇒様々な用途を想定した化学蓄熱材料の個別開発が必要

化学蓄熱材料を用いたエネルギー貯蔵

 独自表面処理によるCaO繰り返し特性の改善

蓄熱モード

600

SiO2層< 1nm

600

凝縮器

化学蓄熱容器CaO微細粒子へのSiO2表面処理

化学蓄熱容器100nm

1初期8分h

放熱モード

CaO(s) + H2O(g)Hydration
conversion,
反応率[-] α [-] CaO/H2O系化学蓄熱
Ca(OH)2(s)Tokyo Tech

0.8

CaO

CaO

表面処理
効果

初期5分

0.60.4

初期3分0.2

ヒーター

0T = 450°C
PH2 O = 70kPa

0510152025
・CaOの繰り返し反応に伴う粒子のCycle
number[-]
繰り返しサイクル数 [回目]・CaOはH2Oと500℃付近で反応凝集は反応性の低下を引き起こす・CaOは資源量が豊富で安価、毒性が ⇒CaO微細粒子に対して凝集抑制層 ・僅か1%弱のSiO2層をCaOへ導入することで、CaOの繰り返し反低いなど実用化の有力候補としてSiO2薄層を導入
応特性が向上

400

水容器

500

 CaOの高熱伝導化による熱出力性能の改善
炭化ケイ素(SiC)発泡体

1.2

高熱伝導複合CaO材料

1.0xh [-] [-]反応率

複合CaO材料

0.80

Pure CaO

0.60
0.40

T4, ini = 350 °C
Ph = 85 kPa

0.20

CaO・高熱伝導性を有するSiCフォームとCaOを複合化することで複合CaO
材料を調製

0.00102030405060・数十グラム規模での材料評価を行う
Time, th [min]反応時間[分]ため、反応容器と水容器を含む充填層 ・熱出力試験において複合化CaO
は10分程度の短時間で反応が完了
反応評価システムを構築⇒高熱伝導化によって性能が向上
・複合化による性能への影響を評価

100℃付近から800℃付近までの幅広い温度域で利用可能な化学蓄熱材料を開発中

研究活動や取り巻く環境を含めた課題

Tokyo Tech

 研究活動を通じて見えてきた課題
研究院要請の業務比率例

 大学要請の業務比率は”学術・研究”が50%、”教育”が25%、”社会・国際貢献”が15%、”組織運営“が10％

組織運営
社会・国際貢献

10%

15%

25%
教育

学術・研究50% 実際には事務処理負担（物品発注・検収、予算申請・管理等）が小さくなく、業務時間の延長や一部業務の縮小が生じている状況 (『研究力強化・若手研究者支援総合パッケージ』でも課題に。)⇒予算獲得を積極的に進めるほど負担が増加するため予算獲得と研究活動時間が負の相関にあり、予算獲得に対するインセンティブも弱く、予算の使い勝手も悪い 職員の雇用で部業務量の削減は可能だが、雇用費用は研究者が準備する必要があり、業務削減効果は大きくない⇒長期的な支給予算は少ないため安定的な雇用も難しく、根本的な解決に現状ならない

 学生の博士後期課程進学推進も長期的に有効なアプローチ

 博士後期課程学生が増えることで研究所の研究推進が期待できるが、現状主要国中でも日本の修士・博士号取得割合は小さく、各学位取得者数の改善が課題

 日本で“博士後期課程学生の処遇の向上”に関する取り組みが進められており、優れたプログラムもあるものの、進学判断の分岐点にある中学高校生がこれらを十分把握できているかは疑問であり、 10年後にも確実に受けられるプログラムが残っているかも不透明

大学教員の業務内容を効率化を通じて、研究・教育の質を向上し、日本の研究力強化に繋がる若手人材の育成にも貢献していきたい⽂科省と附置研センターとのTokyo Tech
定例ランチミーティング

福島復興・再⽣とゼロカーボン社会に向けた原⼦⼒諸課題の解決と新しい原⼦⼒イノベーションを⽬指す
科学技術創成研究院

ゼロカーボンエネルギー研究所/福島復興・再⽣研究ユニット、助教

中瀬正彦
Masahiko Nakase

16

⾃⼰紹介

Tokyo Tech

東⼯⼤機械科学科
アイダホ国⽴研究所
SPring-8、原⼦⼒機構⇒原⼦核⼯学専攻(海外学振)(学振PD)
東⼯⼤(現在)原⼦燃料サイクル研究ユニット⇒福島復興・再⽣研究ユニット
先導原⼦⼒研究所⇒ゼロカーボンエネルギー研究所

⼤気圧⾮平衡プラズマによる天然ガス直接液体燃料化プロセスの開発
化学⼯学、プラズマ化学, C1化学, マイクロリアクター

トリウムサイクルにおける234U有効利⽤に関する研究
トリウムサイクル, 核拡散抵抗性, 炉⼼解析, 燃焼計算

テーラー渦誘起型液々向流遠⼼抽出システムの⾼度化研究

エネルギー分野、原⼦⼒分野を遍歴し、炉⼼からバックエンド、アクチノイド化学まで広く網羅︕

核燃料再処理、溶媒抽出, 数値流体⼒学と可視化, 段数解析, 装置⼯学

⾼輝度放射光並びに中性⼦プローブを⽤いたゲル液⼆相分配ダイナミクスの解明
単結晶X線構造解析, 有機合成, 放射光EXAFS, ゲル液抽出, 錯体化学

アメリシウム酸化を基盤としたf元素シリーズの⾼度認識・相互分離に関する研究
アクチノイド化学, 放射化学, 溶液化学

東⼯⼤
着任後

放射性廃棄物処分、次世代再処理、福島関連(廃棄物、デブリ劣化)、核燃料サイクル諸量評価、再エネと協奏した原⼦⼒システム、医療⽤RI研究、等研究背景とモチベーション

Tokyo Tech・グリーンイノベーション戦略に則った新型炉、⼩型炉(Small Modular Reactor)の開発。炉⼼のみならず廃棄物・処分場負荷を低減した合理的な核燃料サイクル構築も重要。
⇒ 戦略的な技術評価、導⼊効果の定量、システム研究が必要︕
・福島第⼀原⼦⼒発電所(1F)事故対応も重要。燃料デブリの取り出しやその化学分析が進展し、廃棄物の物性や状態、元素組成、放射能に応じた処分検討が始まる。難固定核種やアクチノイド元素の扱いが重要となり、サイクル事業の知⾒も踏まえた合理的な廃棄体化・処分を検討が必要。
⇒グリーン成⻑戦略に基づいた新技術・システム開発と、廃棄物などサイクル諸課題の解決︕

原⼦⼒では戦略に基づき基礎・基盤研究を⾏い、これらを統合して”システム研究”として展開する必要がある。各分野に精通し、システムとして全体像を描いてみたい
東⼯⼤、JAEAで開発しているExcelベースの統合核燃料サイクルシミュレーションコード
NMB4.0．無料配布中! 講習会も好評、実施中︕ https://nmb-code.jp/

①再⽣可能エネルギーと協奏した原⼦⼒システム

Tokyo Tech

溶融塩⾼速炉による負荷追従型システム<特徴>• 制御棒を⽤いずポ
ンプ流量出⼒制御• 蓄熱システム• シビアアクシデン
トフリー• 負荷追従運転
基礎研究• 炉物理、熱⽔⼒• 安全性、材料健全性• 核拡散抵抗性• 廃棄物、バックエンド

炉⼼350システム、全体• 処分場⾯積削減効果• エネルギー利⽤シナリ
オ、物量評価、技術の導⼊効果の定量化

Electric power (MW)

要素研究• ポンプ、熱交換器• 崩壊熱除去系• Xe処理系• 化学蓄熱と組合せ

溶融塩炉
負荷追従運転

300
250
MCSFR
100*Cloudy

200150

九州電⼒Home Pageよりhttps://www.kyuden.co.jp/effort_renewable-energy_photovoltaic.html

100

再⽣可能エネルギーの負荷変動をカバー

500468101214161820Time (h) 原⼦炉の⾼いエネルギー密度のメリットは⽣かしつ
つ、分・秒単位の負荷変動への追従は可能か︖
廃棄物処分  グリーン・イノベーションにつながる原⼦炉とは︖

原⼦⼒をルーツに持つZC研では核燃料サイクルを横断した研究が可能。グリーン・イノベーションのための東⼯⼤発の原⼦⼒システム、SMRの提案を⾏っていく。

②新たなアプローチによる次世代再処理研究
⽂科省

原⼦⼒システム研究開発事業(若⼿)＊Tokyo Tech

機械学習を援⽤した
新規溶媒の探査・世界的に次世代再処理では⾼発熱性マイナーアクチノイド(MA)の分離が検討されている。MA分離により処分場負荷低減が可能。
・固有の安全性がさらに⾼く、分離性能の⾼い抽出系構築が重要

〇 化学

×
実験

・ 熱⼒学データ、溶媒化⼯物性・アクチノイド実験

機械学習

領域

・物質探査には戦略的かつ系統的な実験が必要
・多様な試薬の⼊⼿、合成、実験は⾼コスト
・実験廃棄物の問題 ⇒ 核燃廃棄物は核施設で保管!

データベース化・構造物性推算、モデル構築
・実験計画法、転移学習
・回帰分析による分配⽐予測
・転移学習によるMA抽出率の推算と効率的なデータ取得

MA抽出の課題を解決できる”スーパー溶媒”の絞り込み
次世代再処理、処分負荷低減、グリーンイノベーションに⼤きく寄与︕︕

溶媒分⼦設計C=C⼆重結合カルボキシル基, ⽔酸基

情報領域

エーテル酸素+ 添加試薬

F置換・膨⼤な数の異性体が存在
・酸や溶媒、推算化⼯物性値の反映、多条件・膨⼤なパラメータ

芳⾹環

化⼯物性推算計算
量⼦化学、分⼦動⼒学計算

溶媒構造と溶媒物性、分配⽐との相関
凝集体形成、第三相構造
溶媒効果、⾦属イオンと抽出剤との相互作⽤*⽂科省国家課題対策型研究開発推進事業 原⼦⼒システム研究開発事業(若⼿)「MA抽出のためのフッ素系スーパー溶媒の探査」(R3-R5)

③福島(1F)廃炉関連研究 -ハイブリッド固化体の提案

1次固化体、廃棄物
粒⼦、デブリ

JAEA-CLADS 英知を結集した原⼦⼒科学技術事業**

・1F廃棄物、燃料デブリ等は物性が未知、多様性に富んでいる。
⇒⻑期安定性や腐⾷挙動が研究されているマトリクスで固化することで、廃棄体、処分概念を設定でき、安全評価が可能となる⼀次固化体
吸着材(AgI)

ハイブリッド固化体(HIP)

I-CaHAP

MAリン酸塩吸着・低拡散、減衰

J. Nucl. Mater. 341、 2005など）

⼀次固化体計算

⼀軸圧縮焼成スパークプラズマ焼成
多様条件での浸出実験

物性充填材
廃棄体

地質媒体
吸着・分散、減衰吸着・減衰浸出抑制、減衰ハイブリッド固化体界⾯特性

Zr
バルク、表⾯、原⼦レベルでの構造
理解- 放射光、TEM
核種放射線影響
EELS-α、β、γ

⽣活圏評価

計算検討とモデル化

エネルギー準位 状態密度 化学結合性

固体中での元素拡散
energy⼀次固化体の成型体化

深さと区分︑濃度上限との関係

吸着・分散、減衰

緩衝材

様々なHIP固化体（E.R. Vance et al.、

安全評価

周辺岩盤領域

模擬AREVA
沈殿系廃棄物

マトリクス(ジルカロイ、SUS等)
スパークプラズマ焼成
による迅速固化

処分概念、シナリオ検討

現象・
安全機能
模擬ALPS沈殿系廃棄物
リン酸塩固化体

Tokyo Tech

AgI・多様な元素で計算実験
・マテリアルスクリーニング
・実験結果の計算による検証
・固化体の⻑期安定性に資する計算評価

廃棄物から処分、安全性評価を結節させた⼀気通貫の取組み

社会実装- 既往研究の整理、課題の抽出**JAEA-CLADS 英知を結集した原⼦⼒科学技術・⼈材育成推進事業 課題解決型廃炉研究プロ
グラム「福島原⼦⼒発電所事故由来の難固定核種の新規ハイブリッド固化への挑戦と合理的な処分概念の構築・安全評価」(R3-R5)

まとめTokyo Tech

・ゼロカーボン社会に向けて原⼦⼒は重要であり、依然として原⼦⼒は夢ある技術である。再⽣可能エネルギーも統合した新しいエネルギーシステムの構築が重要。
・グリーン・イノベーションのための新型炉、SMR研究として、東⼯⼤オリジナルの原⼦⼒システム提案を⽬指す。
・福島復興・再⽣研究、廃棄物研究、サイクル研究の統合的な推進が効果的。
そのため多数の学外関係者、RI施設と連携して広い分野で研究を展開。
・原⼦⼒研究・技術者の知⾒を吸収し、発展させることが急務。特に多⽅⾯で重要なアクチノイド化学研究を盛り上げる(物理化学、医療⽤RI; Acの化学)
学外連携(現在、過去含め)
東北⼤学(⾦属材料研究所アルファ放射体実験室、⼤洗センター、電⼦光理学研究センター、サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター)
京都⼤学(複合原⼦⼒科学研究所)、岡⼭理科⼤学、原環センター、東京都市⼤学
⽇本原⼦⼒研究開発機構、電⼒中央研究所、国⽴環境研究所
三菱重⼯業、⽇⽴GEニュークリア・エナジー、東京電⼒、MRI、AGCなど【国際連携】アイダホ国⽴研究所、南洋理⼯⼤学 etc⇒原⼦⼒は国際連携が重要
施設利⽤
Spring-8 BL22XU、BL14B1、BL4B2、Photon Factory BL27A,B, BL6C etc
ナノテクノロジープラットフォーム(旧称)︔京⼤宇治TEM、JRR-3、SP-8
短寿命RI供給プラットフォーム;福島廃棄物、医療⽤RIキレート剤開発

ご清聴ありがとうございました。
ご指導よろしくお願い致します。