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040km

名古屋大学 IMaSS
020km

システム創成部門
ビジョン2030
2022.4 ver.1.01

未来材料・システム研究所の研究⽬標• 未来材料・システム研究所《IMaSS》は、先端的な材料・デバイスの創製・評価に関する要素技術から社会実装に資するシステム技術に⾄る研究を通して、環境調和型で持続発展可能な社会の実現に寄与することを⽬的として設⽴されました。
• 2022年度より6年間、共同利⽤・共同研究拠点として新たに⽂部科学省から「環境調和型で持続発展可能な省エネルギー・創エネルギーのための材料とシステム研究拠点」として認定され、環境調和型で持続発展可能な省エネルギー・創エネルギー技術（エネルギー変換、蓄エネルギー、エネルギー伝送およびエネルギー消費の⾼度化・超効率化）を⽬指した省エネルギー技術に関する共同利⽤・共同研究を基礎研究から社会実装のためのシステム化まで幅広く推進しています。
2

未来材料・システム研究所の組織• 未来エレクトロニクス集積研究センター(CIRFE)• ⾼度計測技術実践センター（AMTEC)• 材料創成部⾨（DM)• システム創成部⾨（DS)• 変換システム部• ネットワークシステム部• 循環システム部

システム創成部⾨• 寄附研究部⾨

3

システム創成部⾨のシーズ• エネルギー転換からネットワークシステム技術、エネルギー・環境社会システム評価・技術まで• 環境調和型で⾼効率なエネルギー変換システム技術開発• バイオマス・廃棄物の⾼度有効利⽤技術• ⾰新的な航空宇宙推進・エネルギーシステム技術• 環境調和型で持続発展可能な社会を⽀えるネットワークシステ
ム技術開発• 持続発展可能な社会を⽀える電⼒ネットワークシステム• 環境調和型社会を⽀える交通ネットワークシステム• 環境調和型で持続発展可能な社会を⽀える通信ネットワーク• 持続可能なエネルギー・環境の循環システム• エネルギー・環境の空間システム分析• エネルギー・環境調和型の物質変換・物質循環の技術
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各論編• 各研究グループの2030年に向けての研究イメージ

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環境調和型⾼温エネルギー変換技術（成瀬・植⽊研）
地球および地域のための環境調和型⾼温エネルギー変換技術で持続発展可能な社会を⽀えるバイオマスおよび廃棄物の⾼効率利⽤技術の開発
固体燃料のエネルギー変換プロセスにおける 燃焼灰挙動の解明および灰付着抑制技術の開発
 環境汚染物質の⽣成・排出挙動解明および除去技術開発
CO2の排出削減を⽬指した燃焼技術の開発

バイオマスおよび廃棄物（RDF）

地球環境の持続性担保，地域における物質循環型社会の創成を具現化するためには，バイオマスや廃棄物などの炭素資源の低環境負荷型⾼効率利⽤の仕組みづくりが不可⽋である．このため，燃焼やガス化などの⾼温プロセスを利⽤した新たな環境調和型⾼効率エネルギー変換技術の開発とその機構解明に取り組む。

⾰新的な航空宇宙推進・エネルギーシステム技術（笠原研）
⾰新的な航空宇宙推進・エネルギーシステム技術で持続発展可能な社会を⽀える
ロケット⽤の燃焼機や、ガスタービン⽤燃焼機の⾰新的⾼効率化を⽬指す。
燃焼器の機体へのインテグレーション⼿法を⾰新することで、より⼤型でかつレジリエントなシステムの構築を⽬指す。
宇宙太陽光発電等の⼤型宇宙構造物の実現に、⾰新的輸送系として貢献する。
⽔素適応型⾼効率燃焼器として、デトネーションエンジンの実⽤化を⽬指す。
⽉・惑星など極限的な環境において適応・維持可能な新たな航空宇宙・エネルギーシステムの創成を⽬指す。
デトネーションエンジンシステムは2025年の実⽤化を⽬指す（右ロードマップ参照）。

⾰新的で⾼効率な燃焼であるデトネーションを様々な航空宇宙推進・エネルギーシステムに応⽤し、持続発展可能な社会を⽀える。

通信ネットワーク（⽚⼭・岡⽥研）
利⽤場⾯に応じた通信システムを提供することで環境調和型で持続発展可能な社会を⽀える ディスプレイーカメラ可視光通信により画像にデータ情報を重畳して伝送 深層学習における敵対的サンプルによる不可視データ重畳技術
 ⼀般向けの視覚情報だけでなくその⼈に合わせたデータ情報を提供

 気球・ドローンを⽤いて空に無線ネットワークを構築
 無線伝送とドローンの移動による深層学習・最適化理論を⽤いた
情報伝送技術の確⽴

レジリエントな防災・減災に向けた災害時臨時通信システム

⼈の多様性に対応した情報提供システム

 光無線通信（OWC）技術を活⽤して省エネルギー・低コストな通信システムを構築
 インテリジェントな深層学習アルゴリズムとダイバーシチ技術によりOWCを⽤いたシステムの信頼性とキャパシティを向上

どんな場所でも環境情報を収集できる
衛星IoTシステム

持続可能な6G通信システムのための光無線通信リンク

⼈・ドローン・⾞のモビリティを⽀える
６G移動通信システム

電波に限らず光などの無線通信資源を多様な利⽤場⾯に合わせて柔軟に活⽤
深層学習、最適化理論、信号処理などのさまざまな技術による新たな通信⽅式への展開

交通ネットワークシステム（⼭本・三輪研）
意思決定理論• 主観的幸福感• 移動の価値• 選択⾏動モデリング

観測技術
••
•
•

ビッグデータコネクティッドカー
携帯電話位置情報
ICカード

予測技術
• エージェントシミュ
レーション• 交通ネットワーク解析

⼈々の⽣活⾏動に関する研究• 居住地• 通勤パターン• 余暇活動交通システムに関する研究• 次世代⾞両の普及• MaaSシステム• マルチモーダルネット
ワーク

交通とエネルギーに関する研究• ⾃動⾞利⽤の環境負荷• 電気⾃動⾞と電⼒網の統合マネジメント

時速5km〜500kmをシームレスにつなぐモビリティの実現

電⼒ネットワークシステム（加藤研）
フレキシブルな電⼒・エネルギーシステム技術で持続発展可能な社会を⽀える
UC model

電力需給解析のための電力需要，再エネ出力時系列データの構築

residual load
35302520151050-5-10Pumped hydroEDC＋Oil
LNG200electricity supply [GW]Operation schedule－＋＋＋Δf
1Ms  DΔP＋

LNG700LFC

LNG CC

余剰（上位系統）
Surplus (trans)
余剰（各配電）
Surplus (dist)
太陽光（利用分）
PV (used)
揚水・蓄電池Pumped
火力
Thermal
その他
Others
原子力
Nuclear

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
dayelectricity demand [GW]

電力需給運用の高度化に資する
高精度・高信頼の再エネ出力予測手法の開発

Forecastedresidual load

0BESSEVEVその他
othres学校
school
飲食restaurant病院
hospital
宿泊
hotel
店舗
store
事務所OA
info_com事務所
officeワンルーム
single
集合住宅
apart
戸建住宅
detached
約款
SSothers
産業
SSind
産業（上位系統）Ind

2520151050-5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
day

Coal

電力・エネルギーインフラのあり方を検討するため地域データベースの構築

Hydro
Nuclear

再エネ大量導入に対応する電力需給制御手法の構築
Id_ref

P [W]

f61Hz

59Hz

Pmpp

LPF

δ

60Hz
発電電力
Supply> Supply 周波数低下=> frequency drop
電力需要
Demand Demand
需要＞発電需要＜発電
Demand< Supply 周波数上昇=> frequency rise

Vsys
Qref
※ Vsys =＋P0

f [Hz]－PI＋－

59.8 60 60.2

P-f Droop(fast & slow)

PPI＋－PIdq

Iq_refQ [Var]
Q0＋
V [V]
V0

Q-V Droop－Q

PI

Vd_ref＋Iq

0Va

wt_plldq

PWM＋VbId

Space PWM

Vq_ref Vector

abc
PLL

Ia

Ib

0Vu
Vw

abc

0Iu
Iw

需給制御に資する分散型電力機器の制御手法の構築

10020km

20km

20km

20km

040km

省エネルギー・環境調和型の物
質変換技術

エネルギー・環境調和型の物質変換・物質循環の技術（⽚⼭研）

自然エネルギーで活性化した微生物を利用した分散型資源化・浄化技術による持続可能な社会への貢献

エネルギー・環境の空間シス
Biomass
テム分析（林研）

⾵⼒地熱バイオマス

⽇本モデル

⼩⽔⼒太陽光バイオマス

⽔⼒

災害・環境リスク

⼟壌侵⾷
炭素ス
トック

⼟壌侵⾷リスク
洪⽔リスク

エネルギー需要炭素ストック

地表⾯温度

花粉媒介

⼤気汚染緩和⼟壌形成

⽂化サービス

レクリエーショ
ン

発電

保護地域

洪⽔緩和

エネルギー需要

⾃然公園
電⼒消費

動植物保護エリア
災害・環境リスクを考慮した発電グローバルモデル
環境・⽣態系サービスモデル

再⽣可能エネルギー需給

再⽣⽣可能エネルギーのベスト
ミックスの空間システム分析

適地選定モデル

環境負荷分析（簡易環境ア
セスメント、 SEA、資源占有の時間フットプリント）エネルギー・環境統合評価モデル

エネルギー・環境調和型の物質変換・物質循環の技術（⼩島研）
常温・常圧下の溶液に超音波を照射するとキャビテーションと呼ばれる現象を介して，局所的にマイクロオーダー領域の高温・高圧場（5000K，100MPa ）が形成されます。このとき化学作用，物理作用が発現します。また，気液界面で数μm以下のミストを発生させることが可能です。
以上のような超音波由来の特異的な微小空間場を利用した材料・反応場の高活性化と環境浄化，エネルギー変換技術への応用に関する以下の研究を進めていきます。

ー超⾳波由来の微⼩空間場を利⽤した材料・反応場の⾼活性化と環境浄化，エネルギー変換技術への応⽤ ー（1）微⼩空間場を利⽤した材料設計

超音波を応用した金属微粒子/ナノ粒子合成とポリマー微粒子をテンプレートとした金属微粒子の構造制御に関する検討と触媒としての性能評価に関する研究を推進します。

〇廃液，排ガス処理およびエネルギー変換用触媒としての性能評価（2）微⼩空間場を利⽤した反応場の活性化

超音波/紫外線/光触媒の協奏反応場を活用した廃液処
理プロセスの最適化，効率化に関する研究を推進します。

〇協奏反応場を応用した廃液処理

エネルギー・環境調和型の物質変換・物質循環の技術（澤⽥研）

原⼦⼒システムにおける環境調和技術
密度⾼/危険性⼤薪
太陽光
⾵

⽯炭 ⽯油

天然ガス ウランバイオマス

MOX燃料・⾼燃焼度燃料の再処理
再転換

燃料製造

 抽出

濃縮発電

転換
精錬

再処理

採掘
放射性廃棄物処分

活量係数による実濃度域での分配⽐データ整理

 ガラス固化 ⽩⾦族、Mo濃度の⾼い廃液のガラス固化

1F廃棄物（軽⽔炉事故廃棄物）のガラス固化
 ガラス製造
 ガラス・セラミックスの適⽤性
 処分⽅法横断研究例• 研究グループ横断型の研究例• レジリエンス社会実現のためのシステム研究• 脱炭素社会に向けた社会基盤ネットワーク⾼度化

15レジリエンス社会実現のためのシステム研究
エネルギーシステムとレジリエンス（原⼦⼒分野）
航空宇宙システム技術とレジリエンス

コアシステム技術とレジリエンス

災害時の⼈の⾏動とレジリエンス

災害時のレジリエントなコミュニ
ケーションシステム

災害時のレジリエントな電⼒供給システム

災害地のレジリエントな社会の開発

災害を考慮した再⽣可能エネルギーの供給システム16

脱炭素社会に向けた社会基盤
ネットワーク高度化
通信

⾃然環境影響
評価

通信⾼度化

再エネ
発電

再エネ⽴地設定再エネ
発電

コネク
⾃動運転テッド
シェアリ
電動化
ング
CASE

交通

蓄電

RTF評価

資源電⼒

電⼒
電⼒ネットワー
ク最適化

CCS
資源

電⼒、交通、通信、環境システム 17

名古屋⼤学IMaSSシステム創成部⾨
ビジョン2030
2022.4 ver.1.0
謝辞：本ビジョンは、名古屋⼤学未来材料・システム研究所萌芽的共創研究の⽀援を得て作成した。

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