2I CNER
I NTER NAT ION A L IN S T IT U T E F OR
C AR B O N N E U T R A L E N E R G Y R E S E ARCH
九 州大 学カーボンニュートラル・エネル ギー国 際 研 究 所

Advanced Energy Materials

International Collaborations and Partnerships

Catalytic Materials

Carbon-Neutral

Multiscale Science and Engineering

Applied Math for Energy
C A R B O N - N E U T R A L

E N E R G Y

S O C I E T Y

Advanced Energy Conversion Systems

Photoelectrochemical Conversion

COʝ Capture
Societal Implementation
and Industrial Collaboration

I²CNERとは
九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所(I²CNER：アイスナー)は、低炭素排出、経済効果の高いエネルギーシステムの構築やエネルギー効率の向上などに寄与する基礎研究に取り組んでいます。I²CNERが目指す研究の中には、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、燃料電池における高分子膜、生体触媒を含む新規触媒の開発や、水素を燃料として安全に生産・貯蔵・利用するための技術があります。また、CO₂の回収や貯留技術、あるいはエネルギーの有効利用についても研究しています。
さらに、研究者の連携や学際的研究(異分野融合)を通じて革新的な研究を促進するような、国際的かつ学術的環境を整えることも、I²CNERの重要なミッションです。

基礎研究からエネルギー技術、CO₂排出量削減までエネルギーへの「典型的な」貢献の事例：材料、プロセス、システム、そして社会経済分析
・従来のオーステナイト系鋼を凌駕する強度と水素相溶性を有する低コスト微細粒の実験用ステンレス合金を開発
・水素を利活用する部品の水素誘起割れのメカニズムの解明において、水素加速塑性が介在する劣化について特定・生化学と化学・構造生物学の融合研究により、バイオ触媒の新たな研究分野に強い影響を与え、実用的な燃料電池への応用を実証
・固体酸化物セルにおける複合酸化物表面の表面交換メカニズムを解明
・SOFCで一般的に使用されている酸化物の有害な化学的膨張の原因が、還元された陽イオン電荷の局在であることを発見
・燃料電池用のポリマーラップ型電極触媒を開発し、加湿した条件下において80℃で50万サイクルに及ぶ高密度な出力を実現
・中間温度における水蒸気電解用に、最もプロトン伝導性の高い酸化物を開発
・有機発光素子の熱活性化遅延蛍光（TADF）メカニズムを明らかにし、並外れた高いレベルの輝度を実現。
この手法を用いることにより、入射電流を光に変換する内部量子効率ほぼ100%を達成
・相変化熱伝達の物理を支配する基本的なメカニズムの解明に挑み、凝縮と蒸発の分野における何世紀にもわたる論点に答えを出し、相変化熱伝達の最も包括的な基礎的知見を発展させた・疎水性塗膜における縮合劣化に関し、世界初となる基礎的解釈を発見
・CO₂溶解度が高く、膜厚50nm以下、透過率40,000GPU以上の自立型ポリシロキサン（ポリシル）ベースのCO₂分離用ナノ膜を開発・制御された地震波を連続的に発生する信号源を用い、新しいCO₂モニタリング手法を開発。
この新しいモニタリングシステム
は、制御された地震信号を発生させることで、時間分解能と精度が高く、費用対効果も高い・家庭における世帯主の知識、行動、嗜好、エネルギーシステムへの参加と社会的公平性の結果との関連性を定量的に分類。
これらの成果には、二酸化炭素と粒子状物質による汚染の削減、新たな雇用機会の創出、エネルギーコストの削減とエネルギーアクセスの改善が含まれている(a) 現在と将来の寄与率0.43%(b) 2050年のCO₂削減目標に向けた全体的な貢献度
1.34% 2.26%
0.16%
1.02%
0.79%
0.12%

5.26%

I²CNERの現在の貢献率

64.32%

2050年までのI²CNERの追加的貢献率

29.20%

2050における70%削減までの目標残量35.11%

再生可能エネルギー

省エネルギー

発電

水素経済

CO₂回収・貯留

I²CNER研究成果の産業界への技術移転に伴う貢献

エネルギー貯蔵と輸送

2050目標の残量(a)I²CNERの現在の実績と今後の見通しを見積もっ(b)I²CNER研究成果の直接的な貢献に加えて、I²CNERの技た結果、日本の適切なエネルギーシステムに適用す術的な取り組みに連携した他機関における技術開発や導入ることで、必要とされるCO₂削減量の約0.43%、必要により、2050年目標の35.11%をさらに占めることになるととされる70%削減量の約5.26%を、それぞれ実現す予想される（濃い灰色で表示）。

ることが可能となる。

1

所長からのメッセージ
2020年は、I²CNERが10周年を迎えた年です。
また、「ワールドプレミア」のステイタスを獲得することによって、WPIプログラムのミッションや目標に向かった継続的な推進を確かなものとするエリート組織であるWPIアカデミーへの入会を成功させた年でもあります。
WPIアカデミーに正式に認めらたことは重要な成果であり、国際連携、学術成果、技術移転、学際的研究、学術システム改革などにおける、10年間にわたる国際協力とWPIスタンダードに対する真摯な取り組みの集大成でもあります。
実際のところ、
I²CNERはこの最初の10年間、エネルギーの未来に関する世界最高レベルの研究を行ってきました。WPIアカデミーの新しい拠点として、21世紀の国際的なエネルギーランドスケープを創造的に前進させるとともに、米国や世界と連携しながら日本の科学的進歩を強化していくことを目指しています。
I²CNERは、九州大学の恒久的な研究所として位置づけられており、「物質変換科学ユニット」「、エネルギー変換科学ユニット」、「マルチスケール構造科学ユニット」を研究の３つの柱としています。これらのユニットは、I²CNERの国際的なアイデンティティを維持するための「国際科学連携ハブ」と、産業界とのネットワークを活用した技術移転を目的とする「国際産学連携ハブ」に直接的に結びつけられています。
ワールドクラスの研究者らが、日本と世界のトップレベルの大学や研究機関との架け橋となるべく活動しています。
イリノイ大学と九州大学の連携は、今後も新たな交流・連携により拡大を続け、エネルギー研究に加えて、数学、農業、図書館情報学、医学、社会科学・経済学など複数の分野に焦点を当てていく予定です。
I²CNERの取り組みは真に国際的であり、優良性と卓越性における国際基準に基づいて運営されています。
私たちは、今後もWPIのミッションを拡大し、世界中のパートナーとともにカーボンニュートラルエネルギー社会の実現に向けて貢献していきます。

カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所（I²CNER）所長

ペトロス・ソフロニス

世界トップレベル研究拠点プログラム
（WPI）
背景

近年、優れた頭脳の獲得競争が激化してきている中で、我が国が科学技術の力で世界をリードしていくためには、優秀な人材のグローバルな流動の「環」の中に位置づけられ、世界中から人材が集まる開かれた研究拠点を創り、優れた研究成果を生み出していく必要があります。

プログラム概要

世界トップレベル研究拠点プログラム(WPI)は、高いレベルの研究者を中核とした世界トップレベルの研究拠点の形成を目指す構想に対して政府が集中的な支援を行うことにより、システム改革の導入などの自主的な取り組みを促し、世界から第一線の研究者が集まる、優れた研究環境と高い研究水準を誇る「目に見える拠点」の形成を目指しています。

中核となるクリティカル・マスを超える優れた研究者の集合
・ 日本の強い分野で研究機関内のトップレベル研究者を集結・世界から第一線の研究者を招へい

国際水準の研究環境と生活環境・拠点長の強力なリーダーシップ
・職務上使用する言語は事務部門も含め英語が基本
・厳格な評価システムと評価に基づく給与
・スタッフ機能の充実などにより、研究者が研究に専念できる環境を提供
・世界トップレベル研究拠点にふさわしい施設・設備環境

以上のような取り組みに対して政府から支援が行われ、原則10年間の支援期間を経て、世界各拠点では、プログラムの4つの柱である「世界最高レベルの研究水トップレベル研究拠点に成長したWPI拠点をさ準」「国際的な研究環境の実現」「研究組織の改革」「融合領域の創出」

らに発展・強化させる新たな枠組み「WPIアカデを実現するため、拠点長の強力なリーダーシップのもとで拠点形成活ミー」
が、文部科学省により設けられました。

動が展開されています。
2

研究ユニット
物質変換科学ユニット
本ユニットのゴールは、水素・水・二酸化炭素を利用するための表面・界面・微視組織に関する新しい科学を基にして、分子・ナノ材料と構造材料を開発することです。触媒材料の領域での私たちの目的は、生物と合成触媒を中心とした燃料とエネルギー製造のための生体機能を模倣した分子システムを開発することです。さらに、太陽エネルギーを利用しありふれた化学物質から燃料と付加価値のある材料の製造を探求します。
構造材料の領域での研究は、水素利用技術のための材料のコスト、性能、安全性を最適化することができる基礎科学の開発に照準を合わせています。
この研究は、水素脆化を抑制するために、触媒作用を有する表面の不活性化に関する基礎科学と工業的利用を関連させた研究も 水素活性化のためのバイオインスパイアード触媒含んでいます。
さらに、高温の水素環境を利用する技術のための金属材料の劣化に関して、機構解明を推し進めることを目標にしています。また、二酸化炭素排出量の削減に効果的な、エネルギーを大切に使うための高効率と耐久性を兼ね備えた次世代型トライボシステムの開発も見据えています。

エネルギー変換科学ユニット
本ユニットの目標は、高効率、高速変換速度、および長寿命を特徴とする経済的に実現
100年来の質問への回答：
可能なエネルギーシステムの開発です。
定置高真空条件下でのCNT中の用の電力・燃料製造や移動体に役立つ電気・浮遊水膜のTEM画像
光化学変換、および、効率的な伝熱を可能にする熱エネルギー変換に焦点を当てています。電気化学的変換の場合、電気エネルギーと化学エネルギーの間の高い変換率を得るためには、電極触媒作用や固体中のイオンおよび電子輸送特性の基礎的な理解の進展が必要となります。光電気化学変換の目標は、物理的、化学的、生化学的観点から無機、有機、ハイブリッド材料を探索し、変換の潜在的な障害と原因を解明することによる、水分解、太陽エネルギーの利用、発光のための高性能システムの開発です。
熱エネルギー変換の研究は、ナノスケールの熱輸送、相変化熱および物質輸送、作動流体の熱物理的特性に関連する熱および物質輸送現象の基本的な理解を追求することによって進められます。
このようにして開発されたデバイスは、再生可能エネルギーの電力網への組み込みや水素エネルギーを含む新しいエネルギーソリューションへの道筋のために不可欠なものになります。
凝縮と蒸発の分野におけるマルチスケール構造科学ユニット
本ユニットは、化石燃料中心の社会からカーボンニュートラル社会へ移行するにあたり、日本および世界が直面するスケールの異なるさまざまな課題を総合的に考え、解決することを目標にしています。カーボンニュートラル社会への移行に向けて、さまざまなCO₂排出削減技術やエネルギー効率化技術、およびその組み合わせ（エネルギーミックス、エネルギー技術ミックス）の研究、さらには技術の社会経済面を考慮した、政策、企業投資戦略等に関する示唆をもたらす研究を実施しています。
カーボンニュートラル社会への移行に貢献するため（i）CO₂分離・回収技術、特にCO₂を貯留または付加価値製品に変えるための膜分離による回収に焦点
地下貯留CO₂モニタリングシステムを当てた研究、（ii）
地下に貯留されたCO₂のより低コストかつ安全なモデリングとモニタリングの実施、（iii）
より効率的な冷却に資する熱質量伝達のための新しい冷媒と方法論の開発、
および
（iv）
政策立
案者に情報を提供するための低炭素エネルギーシステムおよび優れた技術が市場に浸透するための社会技術経済ならびに政策の分析を実施します。
また私たちは、最適なエネルギー循環を実現するために、数学的手法も取り入れています。
この機能により、最適化とエージェントベースのモデルを利用して、再生可能エネルギーと分散型エネルギーリソースを電力網に統合し、燃焼プロセスの効率と安全性を高め、エネルギー転換と社会的公平性の評価を認識する動的モデルを開発することが可能となります。
3

研究ハブ
国際科学連携ハブ
I²CNERの国際的なアイデンティティを維持し育成することを目的としています。確かな国際的経験を持つ専門家によって構成されるこのハブのメンバーは、3つの研究ユニットそれぞれのI²CNER研究者と共同研究を推進します。この国際科学連
携ハブは3つの研究ユニットと相互に組織化されており、ユニットのテーマが複合的に関連しているため、研究所が学際的研究を国際的に促進するための効果的なハブとなります。

国際産学連携ハブ
３つの主要な研究ユニットはすべて、拡大成長を続ける産業界との交流を通じ、将来のI²CNERの科学的進展を実装可能な技術移転へと推移させることに貢献します。
国際産学連携ハブは、この高度な技術移転を確実なものにします。
将来の国際産学連携ハブは、科学技術への投資のための政策指針を提供するだけでなく、社会的受容と社会的影響の問題にも対処します。
I²CNERは、最先端のエネルギー科学とエネルギー分析の両方の強みを活かして、今後30年間の日本のエネルギー転換に対する重要な方向性と支援を提供し、社会および経済的混乱を最小限に抑えながら2050年の炭素削減目標の達成に貢献します。

附属研究センター
附属次世代冷媒物性評価研究センター (NEXT-RP)
I²CNERの特徴的な附属センターであるNEXT-RPは、国際的な研究機関との協力を通じて、次世代冷媒の開発に焦点を当てています。
より具体的には、
ゼロODP（オゾン層破壊係数）
および低GWP（地球温暖化係数）
冷媒に関する高精度な冷媒物性評価、熱交換器の伝熱性能評価、冷凍空調サイクルの基本性能評価の基礎研究に取り組み、基礎知識と熱物性技術の開発を通じて、日本の冷凍空調産業が世界市場において競争力を高めることに貢献していきます。

研究イニシアティブ
エネルギー問題への応用数学
応用数学と工学の交点に位置する本テーマの研究には、当研究所のすべての研究領域とエネルギーに関する挑戦全体に影響を与える大きな可能性があります。
I²CNERの応用数学への取り組みは、膨大な数のエネルギー経路を分析的、適合性や最適化といった様々な視点からエネルギーインフラに組み込むことを目的としています。現在はスマートグリッド、多孔質材料、計算物理学と生物数学の計算分野においてプロジェクトが進行中です。
拡張可能なエネルギー供給網最適化問題のためのアルゴリズム開発、送電網に多種多様な再生可能エネルギーが深く浸透した際の電力市場における戦略的双方向性の研究、CO₂を地中岩盤に閉じ込める際に極めて重要となる多孔質材料の特性評価にパーシステントホモロジーを用いることなどもその例です。
私たちのプロジェクトは放物型発展方程式の理論を使った膨張火炎のモデリングを通した発電の効率化にも焦点を当て、再生可能エネルギー原料植物の成長率研究のために生物数学をも展開しています。

4

I²CNERの国際連携ネットワーク

I²CNERは、ミッション達成に向け、国際的に著名な研究所や大学、国内外の研究室などと連携体制を構築しています。これらの連携体制が、研究者や研究所同士の交流を促進し、研究者の連携や学際的研究（分野融合）の発展に寄与しています。
・エジンバラ大学（イギリス）
・インペリアル・カレッジ・ロンドン（イギリス）
・テッサリー大学（ギリシャ）・ヘルツホルム協会（ドイツ）・ゲッティンゲン大学（ドイツ）・ノルウェー産業科学技術研究所 SINTEF（ノルウェー）
・ノルウェー科学技術大学 NTNU（ノルウェー）
・ベルゲン大学（ノルウェー）
・チューリッヒ工科大学（スイス）
・清華大学（中国）・マレーシア工科大学（マレーシア）
ベルゲン大学

エジンバラ大学

・バンドン工科大学（インドネシア）
・ニューサウスウェールズ大学（オーストラリア）
・RMIT大学（オーストラリア）
・コロラド鉱山大学（アメリカ）
・カリフォルニア大学バークレー校（アメリカ）
・カリフォルニア大学アーバイン校 /NFCRC（アメリカ）
・テキサス大学オースティン校（アメリカ）
・マサチューセッツ工科大学（アメリカ）
・カリフォルニア州大気資源局 (CARB)（アメリカ）
・米国エネルギー省（アメリカ）
・イリノイ工科大学（アメリカ）
イリノイ大学
アーバナ・シャンペーン校

SINTEF/NTNU

コロラド鉱山大学

ゲッティンゲン大学

ヘルムホルツ協会

清華大学

イリノイ工科大学

カリフォルニア州
大気資源局(CARB)

インペリアル・カレッジ・ロンドン

米国エネルギー省

カリフォルニア大学
バークレー校九州大学
カリフォルニア大学
アーバイン校/NFCRC

テッサリー大学
チューリッヒ工科大学

マレーシア工科大学

マサチューセッツ工科大学

バンドン工科大学
テキサス大学
オースティン校
ニューサウスウェールズ大学

RMIT大学

イリノイ大学アーバナ･シャンペーン校との連携
・水素分野における研究とテクノロジーの世界的リーダー
・過去40年間におよぶ水素脆化と材料の分野における研究へ
・水素／物質相互作用研究のための世界最高の設備と資金の多大な貢献を有する研究室
・国立研究所や産業界との卓越した研究ネットワーク
・地域、県、国のエネルギー関係者との模範的な連携と関与 ・伝統的なリーダーシップと強い影響力

5

I²CNER組織図
九州大学総長
九州大学研究担当理事・副学長

所長
外部アドバイザリー委員会

副所長

副所長

支援部門長

内部プログラム評価委員会
産学連携諮問委員会

教員選考委員会

NEXT-RP

運営委員会（附属次世代冷媒物性評価研究センター）

国 際 科 学 連 携 ハブ

【研究ユニット】

物質変換科学ユニット

エネルギー変換科学ユニットマルチスケール
構造科学ユニット

国 際 産 学 連 携 ハブ

人員構成
研究者構成

日本人／外国人研究者人数比較
日本人研究者数

外国人研究者数

30

ポスドク
研究員
20%

助教
19%

主任研究者
21%

Total:114

2520

10

5

准教授
22%

11815

教授
18%

8

1114

171312究者
主任研教授

110
准教授

助教

9員
ク研究
ポスド

（2020年10月1日現在）

6

I²CNER研究棟
九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所（I²CNER）
が世界トップレベル研究拠点プログラム（WPI）の拠点として設立されて3年後、2013年1月にI²CNER第1研究棟が伊都キャンパスに完成しました。
I²CNER設立以来、国内外からの研究者数が大幅に増加し、世界トップレベル研究拠点にふさわしい質の高い研究環境を維持するためにより広いスペースが必要となったことから、2015年2月に、4階建て・総面積5,000㎡のI²CNER第2研究棟が竣工しました。
カーボンニュートラルな社会を構築するというI²CNERのミッションとビジョンに忠実に基づき、I²CNER第2研究棟は持続可能性、調和、環境への影響に配慮したデザインがなされています。

左: I²CNER第2研究棟、右: I²CNER第1研究棟

至北九州Access Map
福岡空港線
3号
道
九州道
国線
幹新陽山

原町農場

病院地区
西新プラザ

伊都キャンパス
九大学研
都市

姪浜

天神

西新

国道202号線
線
肥道
筑州
九JR
西15分
大橋地区

（福岡)都市高速

太宰府IC

筑紫地区

主要道路

JR

地下鉄線
3号
道
国

至熊本
(福岡)都市高速

西鉄 天神ー大牟田 線
02

4

6

834分

14分
姪浜駅
JR筑肥線直通運転のため乗り換え不要｡(姪浜行きに乗車の場合は、「筑前前原・唐津・西唐津」行きに乗り換え｡）

九大学研都市駅

至唐津

高速道路

天神駅

10分

福岡空港

博多駅

福岡空港、博多駅、天神駅
福岡市営地下鉄「筑前前原・唐津・西唐津」行き乗車。

5分

姪浜駅

福岡IC

博多湾

5分
博多駅

10km

九大学研都市駅
昭和バス「九大伊都キャンパス」行き乗車。

九大ビッグオレンジ前/九大中央図書館

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E-mail: iq-kenkyu@jimu.kyushu-u.ac.jp

15分