ごあいさつ
平素より東北大学大学院環境科学研究科の研究・教育活動にご理解とご支援を賜り、心より感謝
申し上げます。
2022 年は、ロシアの突然のウクライナ侵攻で、平和な日常の有り難さと脆さとを痛感させられた年でした。国内では、3 年間続いたコロナ禍への対応が新しい段階に入り、以前の生活が戻りつつあるところですが、円安の影響もあり、高騰したエネルギー価格が、暮らしや経済を直撃しています。
人々や国々の間の分断も少しずつ深まっているように見えます。こういうときにこそ、目先の波風に捉われずに、冷静に将来のあり方を考えたいところです。
環境科学研究科は、2003 年 4 月に設立され、まもなく 20 周年を迎えます。この間、持続可能な資源やエネルギー利用の「技術」と、それを成り立たせる「人と社会」の未来の姿を描くこと、そして、そこで活躍する担い手を育てることが私たちの目標であり責務であると考え、研究・教育に取り組んできました。各教員がそれぞれの研究分野で活躍するとともに、研究科としては、これらを支援し社会実装を促す体制作りを進めています。
「環境研究推進センター」には、新たに「地域共創ビジョン推進室」を設置して、連携協定を結ぶ各自治体との協力体制を強化し、地域密着型の研究を推進しています。4 月からは、もう一つのセンターとして「資源戦略研究センター」を立ち上げ、国際文化研究科を始めとする学内外との連携を進め、資源に関わる環境影響、サプライチェーン、地政学的リスク等を新しい視点から掘り下げる拠点とすべく、体制を整備しつつあります。
Professor

バンドン工科大学との部局間協定の更新、ソウル国立大学の Specialized Graduate Schoolof Intelligent Ecological Sciences との連携協定締結など、国際連携も進めてきました。国費留学生優先配置プログラム “IESLP” と国際共同大学院プログラム “GP-RSS” の共同開催として行ったサマーセミナーでは、対面とリモートのハイブリッド形式で、活発なディスカションが行われました。

Tatsuya Kawada
東北大学大学院環境科学研究科長
Dean, Graduate School of Environmental Studies,
Tohoku University

今後も、ポストコロナの体制を見据えながら、留学生の受け入れと国際連携を進めてまいります。
研究科創立時からご支援をいただいておりました DOWA ホールディングス寄附講座は 2023 年 4月から第 8 期に入り、体制を刷新し、さらなる協力関係を構築してまいります。また関連各社様のご支援のもと開設した硬質材料環境科学人材養成履修証明プログラムは、2023 年度からは「硬質材
料環境調和設計学講座」として新たに研究・教育をスタートすることになりました。反応解析機器開発学（フロンティア・ラボ）寄附講座も期を新たにし、研究・人材育成・社会貢献を進めてまいります。
さて、この 20 年の間に人々の環境に対する関心は急速に高まり、世界は脱炭素に向けて大きく舵を切り始めました。今こそ、私たちが培ってきた研究を社会に還元するときと考え、新たな 20 年に向けた歩みを力強く進めてまいります。
今後とも、ご指導ご鞭撻を賜りますよう、お願い申し上げます。

Prefatory Note
We sincerely appreciate your understanding and support for the researchand educational activities of the Graduate School of Environmental Studies
at Tohoku University. The year 2022 made us keenly aware of the importanceand fragility of peaceful everyday life due to Russia’s sudden invasion of
Ukraine. In Japan, we are gradually returning to how things were before thethree-year-long COVID-19 pandemic as we enter a new phase of pandemic
management. However, the impact of the weakened yen has resulted inskyrocketing energy prices that are hitting our lives and the economy hard.
In addition, it seems that the divisions between people and nations aregradually deepening. In times like these, it is important to think calmly
about the future and to avoid being caught up in short-term setbacks.

Furthermore, we have worked to promoted international collaboration, suchas updating the inter-faculty agreement with Bandung Institute ofTechnology and finalizing a collaborative agreement with the Specialized
Graduate School of Intelligent Ecological Sciences at Seoul National
University. At the Summer Seminar held as a joint event between theInternational Environmental Security Leadership Program (IESLP) and theInternational Joint Graduate Program in Resilience and Safety Studies (GPRSS), attendees participated in active discussions that were held in a hybrid
format of face-to-face and remote meetings. In the future, we will continue
to accept international students and to promote international collaboration,
while considering the post-COVID-19 situation.

The Graduate School of Environmental Studies was established in April
2003 and will soon celebrate its 20th anniversary. During this time, the goal
and responsibility we have strived to accomplish through our research andeducation have been to envision the future of “technology” for sustainable
resource and energy use and the “people and society” that sustain it, and tofoster the people who will play a role in advancing these fields. Each faculty
member is active in their respective research fields, and as a graduate
school, we are working to establish a system that supports these efforts andpromotes their implementation into society. The “Environmental Research
Promotion Center” has established a new “Co-creation for Social Innovation
Division” to strengthen collaboration with each municipality that has signed
a cooperative agreement and to promote researches that work closely withlocal communities. In April, we will launch another center, the “Institute for
Resource Initiatives” to deepen our understanding of resource-related
environmental impacts, supply chains, and geopolitical risks from a newperspective, and we are developing a base for these initiatives while
collaborating with faculties both inside and outside the university, including
the Graduate School of International Cultural Studies.

The Endowed Division by the DOWA Holdings Co., Ltd., which has
supported us since the establishment of the graduate school, will enter its
8th term in April 2023, refreshing its structure and building further
cooperative relationships. The Hard Materials Environmental Science
Human Resource Development Certification Program was established withthe support of various related companies and starting the academic year
2023, it will offer new research and education as the “Course forEnvironmental Harmony Design of Hard Materials.” The Innovative
Analytical Pyrolysis (Frontier Laboratories, Ltd.) Endowed Division will
also start its new academic year and will continue to strive to advanceresearch, human resource development, and social contribution.
Over the past 20 years, interest in the environment has rapidly increased
among people, and the world has begun to steer significantly towards
decarbonization. We believe that now is the time to share the research wehave cultivated with society and vigorously advance in the new 20 years.
We respectfully request your continued guidance and support.

先端環境創成学専攻

CONTENTS
ページ

1

ごあいさつ

都市環境・環境地理学講座
Prefatory Note

環境科学研究科長

Department of Environmental Studies for Advanced Society

資源戦略学講座

6

8

10

12

14
16

22

24

28

30

38

資源の高度利用・環境保全のためのプロセス研究
葛西栄輝 教授 / 村上太一 准教授
地球システム計測学分野

40

大気中のオゾン等微量成分の変動の研究

環境複合材料創成科学分野

Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design

42

水資源と水環境に関する研究

次世代への持続可能なライフスタイルのための機能性非金属軽元素材料の開発 佐藤義倫 准教授

環境素材設計学分野

環境や生命に調和する材料デザインを求めて上高原理暢 教授

環境修復生態学分野

環境調和型バイオテクノロジーによる汚染浄化と資源回収技術の開発 井上千弘 教授
地球物質・エネルギー学分野

地殻流体が駆動する地圏環境の資源形成・脱炭素化プロセスの理解とその有効利用 岡本敦 教授
地球開発環境学分野

環境調和型開発システムに関する研究
地球開発環境学分野

地殻環境・エネルギー技術の新展開

高橋弘 教授坂口清敏 准教授

分散エネルギーシステム学分野

サステイナブルなエネルギーシステム実現に向けて
川田達也 教授 / 八代圭司 准教授

地圏環境科学の深化と持続可能なエネルギー資源開発
駒井武 教授 / 渡邉則昭 教授
環境共生機能学分野

環境との共生・エネルギーの創製を担うナノ機能素材開発

Development of High-Functional Non-Metal Light Element Materials
for a Next-Generation Sustainable Life Style
Design of Environment-Friendly Materials

Design of materials harmonizing with environment and life
Geoenvironmental Remediation

Development of Environmental Friendly Biotechnologies
for Pollution Remediation and Resource Recovery
Geomaterial and Energy

Earth Exploitation Environmental Studies

速やかな都市の脱炭素化に向けて

小端拓郎 准教授

環境・エネルギー経済学分野

ライフサイクル視点から真に持続可能な資源循環を目指す研究

成田史生 教授

環境分子化学分野

54

自然環境に順応する Chemical Engineering Technology の創製

56

低環境負荷社会に資する新しい触媒材料の表面設計指針

大田昌樹 准教授

環境材料表面科学分野

和田山智正 教授 / 轟直人 准教授

Towards developing environmental friendly new materials andconstructing sustainable resource recycling systems

Collaborative Divisions

環境リスク評価学分野（産業技術総合研究所）

Environmental Risk Assessment(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)

浅沼宏 教授Studies for utilization of safe and secure geothermal energy

反応解析機器開発学

世界最先端の熱分解分析機器および分析技術の開発を目指して
吉岡敏明 教授 / 渡辺壱 准教授

連携講座

Environmental Bioengineering

Development of Environmental/Biomedical Sensors andVisualization Systems for Material Functions with Micro/Nano Electrodes

60

62

安全・安心な高機能鉄鋼の製造技術を通して、持続可能な社会に貢献
森口晃治 教授 / 松村勝 教授 / 大村朋彦 教授 / 成木紳也 教授
地球環境変動学分野（国立環境研究所）

グローバルな大気環境や炭素循環の変化を捉える
中島英彰 教授 / 町田敏暢 教授

環境研究推進センター
64

環境研究推進センターの取組み

川田達也 教授 / 松原秀彰 特任教授 / 大庭雅寛 特任准教授

資源戦略研究センター
66

持続的社会のためのあらゆる “ 資源 ” の安全保障

土屋範芳 教授 / 吉岡敏明 教授 / 劉庭秀 教授 / 松八重一代 教授 / 駒井武 教授

70 業績レポート

Environmental Green Process Study

Systems Innovation for Sustainability
Mechanics and Design of Composite Materials

Design, development and evaluation of multi-functional composite materials

Ecomaterial Design and Process Engineering
Environmentally-Benign Molecular Design and Synthesis

Innovative experimental and theoretical technologies
on chemical engineering for creating sustainable society
Environmental Materials Surface Science

Atomic-level design of novel catalyst materials for eco-friendly society

Endowed division ( Frontier Laboratories Ltd. )Innovative Analytical Pyrolysis

Towards Development of Innovative Analytical Pyrolysis Technologies

Collaborative Divisions

環境適合材料創製学分野（日本製鉄株式会社）

Identifying environmental hotspots from global supply chains

Study of Functional Materials
Study of End of Life Materials Control
Control of Environmental Materials

福島康裕 教授

環境創成計画学講座

Environmental and Energy Economics

Endowed Division ( Dowa Holdings Co., Ltd.)

Environmental Analytical Chemistry

Development of Chemical Motifs for Environmental andBiomedicinal Analysis

Sustainable Recycle Process

複合材料設計学分野

58

高橋英志 教授 / 鳥羽隆一 教授 / バラチャンドラン ジャヤデワン 教授
白鳥寿一 教授 / 齋藤優子 准教授
上高原理暢 教授

「安全・安心」な地熱エネルギーの利用を目指して

環境グリーンプロセス学分野

Environmental Policies
Toward rapid urban decarbonization

Aiming for a Resource Circulation Society

珠玖仁 教授（工学研究科）/ 伊野浩介 准教授（工学研究科）/ 井上久美 准教授（山梨大学）/ 熊谷明哉 准教授（材料科学高等研究所、物質・材料研究機構）

寄附講座（フロンティア・ラボ ）Industrial Ecology

環境調和型新素材の開発と、持続的な資源循環システムの構築を目指して環境生命機能学分野

Governing energy strategies and the diffusionof new low-carbon technologies

産業エコロジー分野

環境材料政策学分野
環境循環政策学分野
環境物質政策学分野

マイクロ・ナノ電極を利用する環境・医工学バイオセンサデバイス
および材料評価システムの開発

Designing of Nano-Ecomaterials

松八重一代 教授

金本圭一朗 准教授

48

環境分析化学分野

環境に配慮したマルチファンクショナル複合材料の設計・開発・評価

Research for a true sustainable circulation of resourcesfrom a life cycle perspective

世界のサプライチェーンに内在した環境問題を可視化

環境系・生体系物質計測への展開を目指した
新しい化学分析モチーフの開発 壹岐伸彦 教授

吉岡敏明 教授 / 亀田知人 准教授（工学研究科）/ 齋藤優子 准教授

52

Environmental Urban Energy

Earth System Monitoring and Instrumentation

Variations of ozone and related trace species in the atmosphere

Recycling Chemistry46

Distributed Energy System

International Energy Resources

環境・都市エネルギー学分野

資源再生プロセス学分野

資源・物質循環型社会の実現を目指して

持続可能性の実現のためのシステム革新

Deepening of Geo-Environmental Science andSustainable Energy Resource Development

Process Engineering Research for Advanced Resource Utilizationand Environmental Conservation

Environmentally Benign Systems

50

Resources and Energy Security/ Socio-Environmental Dynamic Analysis (Environmental Policies)

Process Engineering for Advanced Resources Utilization/ Resource Processing and Recovery Engineering

久保田健吾 准教授 / 李玉友 教授（工学研究科）/ 佐野大輔 教授（工学研究科）/ 小森大輔 准教授（工学研究科）

Energy Resources
Toward the development of sustainable energy system

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Urban and Regional Environmental Systems

資源循環プロセス学講座

Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

Environmental Geography

Understanding Diverse Human-Environment Relationships
from Geographical Perspectives

Researches on Water Resources and Environments

Earth Exploitation Environmental Studies

国際エネルギー資源学分野

土屋範芳 教授 / 窪田ひろみ 准教授

水資源システム学分野

44

Studies on environment-friendly development systems

高橋英志 教授 / 横山俊 准教授

エネルギー戦略および新しい低炭素技術の普及に向けた舵取り

村田功 准教授

自然共生システム学講座

Geo-environmental systems driven by fluid-rock reactions

Development of functional nano-ecomaterials for energy and environment
in the environmentally benign systems

連携講座
34

資源利用プロセス学分野 / 資源分離・処理プロセス学分野

Measurement, observation and equipment development forunderstanding of various geosphere information

寄附講座（DOWA ホールディングス）32

中谷友樹 教授 / 埴淵知哉 准教授

Geo-environmental Measurement and Analysis

環境政策学講座
26

環境地理学分野

地理学的視点から多様な人間 - 環境関係を解明する

地圏環境計測・分析学分野

地圏環境の正確な観察・計測・分析と記録、
またそのための装置・技術・方法の開発 平野伸夫 助教

エネルギー資源リスク評価学分野

20

36

Resources Strategies

エネルギー資源学講座
18

Dean, Graduate School of Environmental Studies

Urban Environment and Environmental Geography

太陽地球システム・エネルギー学講座

先進社会環境学専攻
4

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

84 博士・修士論文題目一覧（ 令和４年 3 月・9 月修了）

Process Engineering for Environmentally Adapted Materials(Nippon Steel Corporation)

Development of manufacturing technology for safe andsecure high performance steels contributing to sustainable society
Global Environment (National Institute for Environmental Studies)

Observation of Global Atmospheric Environment andCarbon Cycle Changes

Environmental Research Promotion Center (ERPC)
Activities of Environmental Research Promotion Center

Institute for Resource Initiatives
Resources Strategy for Sustainable Society

91 進路状況トピックス

92 TOPICS

101 索引

102 環境科学研究科事務室職員

資源戦略学講座

Resources Strategies

地圏環境計測・分析学分野 Geo-environmental Measurement and Analysis

Measurement, observation and equipment development forunderstanding of various geosphere information

先進社会環境学専攻

地圏環境の正確な観察・計測・分析と記録、
またそのための装置・技術・方法の開発

助教 平野 伸夫
Assistant Professor

Nobuo Hirano

熱水 - 岩石相互作用、地球内部の水熱条件下での岩石状態の把握、石英や長石など鉱物の自然および人工熱発光（NTL、ATL）計測､ 酸性
温泉排水と金属アルミニウムを用いた水素の発生技術等である。
主に地熱および温泉資源の開発と有効活用を目的としたものであり、これらの研究成果を最終的には社会に還元したいと考えている。また、オートクレーブ等を用いる実験や測定方法などについて、可能性の検討やアイデアなどの提供もおこなうことが可能である。
The objective of the laboratory studies is to focus on measurements and observations to understand different geosphere information, for which we aredeveloping apparatuses. Our main targets are water–rock interaction, the destruction of rocks under hydrothermal conditions at Earth’s interior, naturaland artificial thermoluminescence (NTL, ATL) of minerals such as quartz and feldspar, and hydrogen production from the reaction of strong acid hot
spring drainage and aluminum metals.
Our main focus is the development and utilization of geothermal resources, and we will use these research results for social purposes.
In addition, we will demonstrate the possibilities of and provide ideas for high-temperature/pressure experiments and measurement methods using autoclaves.

鉱物の熱発光を用いた地熱兆候探査
岩 石を構 成 する鉱 物、 特 に 石 英 および 長 石 で は 鉱 物 熱 発 光（Thermo luminescence, TL ）と呼ばれる現 象 が 観 察される。
これは鉱物内に蓄えられた自然放射線を起源とするエネルギーが、鉱物が加熱されることにより解放され、エネルギー蓄積量が発光強度として観察される現象である。これは、一度加熱された鉱物は発光量が小さくなることを意味しているため、地熱環境にあった鉱物は相対的に発光量が小さくなるはずである。これを利用すれば、大規模な物理探査前の地表踏査などで得られた岩石試料中の鉱物から、
地熱資源有望地のスクリーニングがある程度可能である。この手法で使用するする鉱物として主に石英を扱ってきたが、石英の替わりに長石も使用可能であることがわかってきた。そこで、石英の含有

流体相変化に伴う岩石鉱物の破壊現象
これまでの研究で、花崗岩類を 400℃以上の超臨界状態水中に設置し、急減圧をおこなうと内部流体の沸騰と断熱膨張に伴う温度低下によって、岩石に顕著なき裂を生じさせることが可能であり、数値シミュレーションの結果とも併せて検討し、岩石中の石英の存在がが重要であることを報告してきた。この現象は地殻深部や火山近傍における岩石き裂発生原因を考える上で重要となる。これらの結果に加えて、高温熱水環境中での弾性波速度測装置および手法を考案し、温度及び圧力と弾性波速度の関係式を示した（Fig.1）。
この結果は、地震にともなう弾性波の速度を利用して地下の状態を推測する手法である弾性波トモグラフィーへの応用が期待できると考えている。

Fracturing of rocks by fluid phase change

値の分布が既存の地熱発電所および周辺の火山との位置関係と整合

Preliminary geothermal exploration
using thermoluminescence

使用した実験をおこなってきたが、今年度はアルミニウム精錬の際

Fig.1 P-wave velocity changes in Granite and Gabbro under High T-P hydrothermal conditions.
Coexistence Activity Report 2022

長石を使用した TL 分布の調査をおこなった。その結果、長石 TL

In previous studies, we have reported that the rapid decompression of
granitic rocks in supercritical water at temperatures above 400 °C can
induce significant cracks in the rock due to the temperature drop causedby the boiling of the internal fluid and the adiabatic expansion, and thatthe involvement of quartz in the rock is significant, together with theresults of numerical simulations. This phenomenon is important forunderstanding the causes of rock fractures in the Earth’s deep crust and/or near volcanoes. In addition to these results, we devised an apparatus
and method for measuring elastic wave velocities in high-temperature
hot water environments and presented equations relating temperatureand pressure to elastic wave velocities (Fig.1). The results are expected
to be applied to seismic tomography, a method of inferring subsurface
conditions using seismic wave velocities.

A phenomenon called thermoluminescence (TL) has been observed inminerals constituting rock, especially quartz and feldspar, whereby
energy originating from natural radiation stored in minerals is released
when the minerals are heated and then energy accumulation is observed
as emission light intensity. In other words, once heated, minerals emit
less light, so minerals that have been in a geothermal environment
should emit relatively less light. Therefore, by observing the amount ofluminescence, it is possible to screen promising geothermal resource
sites from the minerals in the rock samples obtained during surface
exploration. Although quartz has been the main mineral used in thismethod, it has been found that feldspar can be used instead of quartz.
Therefore, we conducted a TL value distribution study using feldspar ina geothermal field in the Republic of El Salvador, Central America,
where quartz content is very low in the geothermal area. As a result, it
was found that the distribution of feldspar TL values is consistent withthe location of existing geothermal power plants and surrounding
volcanoes (Fig.2). The results indicate that feldspar TL can be used for4

量が非常に乏しい中米エルサルバドル共和国の地熱地帯において、的であることが判明した（Fig.2）。これらの結果から長石 TL についても石英 TL と同様に地熱探査に利用できることが判明し、この手法の応用範囲が広がったといえる。

geothermal exploration in the same way as quartz TL, thus expanding
the range of applications of this method.

Hydrogen generation and power generationfrom aluminum with acid hot spring waterat low temperature
Hydrogen is generated when a strongly acidic solution at pH 1-2 andmetallic aluminum react at about 50-60 °C or hotter. This is a much
lower temperature than is used in the conventional hydrogen production
method by hydrothermal reaction, and industrial applications can be
expected. In the past research, experiments have been conducted using
pure aluminum and Tamagawa acidic hot spring water, but this year's
experiments were conducted using aluminum-containing powder called
aluminum dross, which is discharged during aluminum refining. The
dross used was of low quality and could not be incorporated into thealuminum refining recycling system. The experimental results showedthat although hydrogen was produced, the amount of hydrogen was verysmall (Fig.3). As a result, although the dross can be used as an aluminumsource for hydrogen generation, its powdered form and small amount ofhydrogen generation were identified as problems, and it was found thatsolutions to these problems are necessary before the dross can be used as
an aluminum source.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

本研究室では、地圏の様々な情報の理解に焦点を当てており、そのために必要な手法や装置の開発をおこなっている。主なターゲットは、

玉川温泉酸性排水を用いた水素発生および発電実験
これ まで の 実 験 から、 金 属 アルミニウムを 50-60 ℃ 程 度 のpH1-2 の強酸性溶液と反応させた場合に水素を発生させる事が可能であることが判明している。これは、従来の水熱反応による水素生成の方法よりも非常に低い温度であり工業的な利用が期待できる。これまでは比較的純度の高いアルミニウムと玉川酸性温泉水をに排出されるアルミニウムドロスと呼ばれるアルミニム含有粉を使用した実験をおこなった。使用したドロスはアルミニウム精錬のリサイ
クルシステムに組み込むことのできない低品質のものである。実験
結果として、水素の発生は確認できたものの、水素の発生量が非常に小さいことが判明した（Fig.3）。この結果、一応水素発生用アル

Fig.2 TL values map in the Ahuachapan geothermal area, El Salvador.

ミニウム源として利用可能であるものの、粉末状であることや水素発生量がが小さい事が問題点として挙げられ、ドロスをアルミニウ
ム源として使用するには、これらの問題に対する解決策が必要であることが判明した。

Fig.3 Results of hydrogen production experiments using aluminum dross.
Coexistence Activity Report 2022

5

資源戦略学講座

Resources Strategies

環境複合材料創成科学分野 Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design

Development of High-Functional Non-Metal Light Element Materials
for a Next-Generation Sustainable Life Style

准教授 佐藤 義倫
Associate Professor

Lab members (2022).

Yoshinori Sato

究の 1 つである。本研究室では、表面・界面設計に基づいて、ナノ物質の特性をバルクまで持ち合わせた集合体・複合材料・有機 / 無機ハイ
ブリット材料の設計・合成・評価を行い、「持続可能な開発目標（ Sustainable Development Goals: SDGs ）」にも関わる次世代のクリー
ンエネルギー分野に必要不可欠な軽量かつ高機能なエネルギー材料（特に非金属軽元素材料）の創成に挑戦している。研究を遂行するにあたり、軽元素のホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、硫黄、リンを用いた高機能な表界面を持つ非金属軽元素材料の開発を行っている（Fig.1）。
Our laboratory is in the research area of advanced nanomaterials for clean energy (alternative energy and hydrogen energy). To fabricate, assemble,
and composite organic/inorganic materials with high-performance functions created from combinations of each material’s properties is one of the mostfascinating and necessary areas of research. In this laboratory, we design, synthesize, and characterize the assembly, composites, and organic/inorganic
materials based on surface/interface design to apply nanomaterials’ properties to bulky materials (Fig. 1). In particular, we have challenged ourselvesto create and develop highly functional nonmetal light element materials (carbon-based materials including boron, nitrogen, oxygen, fluorine, sulfur,
and phosphorus) with high-performance surfaces and interfaces. Such materials are necessary for the field of next-generation clean energy, which inturn is needed to meet sustainable development goals (SDGs).

New crews. Tomoki Ikeda (left) andKosei Morita (right).

ギーの利用で期 待されている固 体 高分 子 形 燃料電 池（polymer
electrolyte fuel cell: PEFC） は、 様々な 課 題のため広い普及には 至ってい な い。 そ の 課 題 の 1 つ が 酸 素 還 元 反 応（oxygen
reduction reaction: ORR）触媒として使用されている白金触媒である。白金は埋蔵量が少なく、寿命が短い。そこで、白金を使用しない炭素ナノ材料触媒が埋蔵量や耐久性の点で注目されている。特に欠陥導入炭素ナノ材料は高い触媒活性を示すが、そのメカ
ニズムは解明されていない。本研究では、欠陥導入炭素ナノ材料のORR 触媒活性メカニズムの解明のために、フッ素化―脱フッ素化を経由することにより、様々な空孔欠陥を選択的に炭素ナノ材料へ導入することを行っている。

2 次元窒化チタン化合物の合成

航空機の機体は熱 硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化熱 硬化性
プラスチック（carbon fiber reinforced thermosetting resin:
CFRTS）が使われている。しかし、熱 硬化性樹脂では硬化が 不
可逆 反 応であるため、CFRTS はリサイクル 性に劣る。今後、熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（carbon
fiber reinforced thermoplastics: CFRTP）の開発が必要である。CFRTP の開発の課題は、炭素繊維と熱可塑性樹脂との界面
結合力の向上である。本研究では、熱可塑性樹脂と炭素繊維との界面結合力における炭素繊維表面の表面改質について調べている。

酸素還元反応のための欠陥導入炭素ナノ材料触媒の開発
新しいエネルギーシステムとして、様々な方法で生成でき貯蔵・輸送が可能な水素エネルギーが考えられている。その水素エネル

Surface modification of carbon fiber
surface to improve the interfacial bondstrength between thermoplastic resin andcarbon fiber
Carbon fiber reinforced thermosetting resin is used in airframes, but it
has poor recyclability because curing is an irreversible reaction inthermosetting resins. In the future, carbon fiber reinforced thermoplastics(CFRTP) with thermoplastic resin should be developed. The challenges inthe development of CFRTP are to improve the interfacial bonding strength
between carbon fiber and thermoplastic resin. In this study, we investigate
the surface modification of carbon fiber surface to improve the interfacialbond strength between thermoplastic resin and carbon fiber.

PEFC で は、負 極 で の 水 素 酸 化 反 応（ hydrogen oxidation
reaction: HOR）、正極での ORR によって発電される。電解質には酸性やアルカリ性の水溶液が使用されるため、耐酸性、耐アルカリ性の電極触媒が要求される。2次元材料 MXenes は、遷移金属（Ti、V、Nb、Mo）と非金属軽元素（C、N）から構成される層状化合物であり、耐酸性に優れている。本研究では、高性能な HOR
触媒やORR 触媒を目指し、高導電性を持つ 2次元窒化チタンの合成を行っている。

Spicy curry party.

stored, and transported. Although hydrogen-energy-harnessing polymer
electrolyte fuel cells (PEFCs) have been expected, they have not yet been
widely used. Platinum, which is used as an oxygen reduction reaction(ORR) catalyst, is an expensive and non-abundant resource, and it haspoor durability for ORR activity. Therefore, metal-free carbon
nanomaterials have been developed as alternative platinum catalysts. In
particular, defect-induced carbon nanomaterials have been reported to
exhibit especially high ORR catalytic activity. However, the ORR
mechanism has not been clarified. In this study, we try to introduce
selectively defects into carbon nanomaterials via a fluorination–
defluorination process to clarify the mechanism of ORR catalytic
activity for defect-induced carbon nanomaterials..

Synthesis of Two-Dimensional
Titanium Nitride
PEFCs are operated by the hydrogen oxidation reaction (HOR) at an
anode and the ORR at a cathode. Acid- and alkaline-resistantelectrocatalysts are required because acidic and alkaline aqueous
solutions are used as electrolytes. Two-dimensional materials, MXenes,
which have excellent acid and alkaline resistance, are layered compounds
composed of transition metals (Ti, V, Nb, and Mo) and non-metal lightelements (C and N). In this study, we synthesize two-dimensional
titanium nitride with high conductivity to achieve high-performance
HOR and ORR catalysts.

Awards / Academic conference

受賞 / 学術会議

・Hiromu Morita, Energy and Environment Scholarship Award・Hiromu Morita, The 45th Fluorine Conference of Japan, Kyoto (Poster)・森田 寛、第 45 回フッ素化学討論会、京都市（ポスター発表）

Grants・森田 寛、エネルギー環境奨学賞（4 年生）

Development of defect-induced carbon
nanomaterial catalysts for oxygen
reduction reaction

研究費

Hydrogen energy is a candidate for a new alternative energy systembecause hydrogen molecules can be generated from various resources,

・ステラケミファ株式会社（研究部）

Department of Environmental Studies for Advanced Society

ナノ物質の機能を最大限に活かした高次機能性を持つ集合体・複合材料・有機 / 無機ハイブリット材料を創成することは、最も魅力的な研熱可塑性樹脂と炭素繊維の界面接着強度に関する炭
素繊維表面の表面改質

先進社会環境学専攻

次世代への持続可能なライフスタイルのための機能性非金属軽元素材料の開発

・共同研究費 ( ステラケミファ株式会社 / 代表 )共同研究

・Collaboration grant (STELLA CHEMIFA Corporation/PI)

Collaborations

・STELLA CHEMIFA Corporation (Research Division)

Fig.4 Energy and Environment
Scholarship Award (Hiromu Morita).

Fig.6 Graduation photo (March 2021). From left, Yota Sakamoto (M2),
Hiromu Morita (B4), and Ryutaro Nakata (B4).

Fig.1 Our research topics.

6

Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 ORR catalytic activity of the defect-induced SWCNTs
in alkaline aqueous solution.

Fig.3 Illustration of defect-induced
SWCNTs (Front cover in Journal of
Colloid and Interface Science).

Fig.5 Snapshot at the 45th Fluorine
Conference of Japan (Hiromu Morita).
Coexistence Activity Report 2022

7

資源戦略学講座

Resources Strategies

環境素材設計学分野

Design of Environment-Friendly Materials

Design of materials harmonizing with environment and life

教授 上高原 理暢

助教 梅津 将喜

Professor

Assistant Professor

Masanobu Kamitakaharaである。本分野では、材料と自然・生命現象の相互作用についての基礎学術に立脚し、環境科学の観点から、生命や環境と調和し、さらには積極的に生命や自然に働きかけて新しい調和を生み出す材料のデザインの探求を行っている。具体的には、生体を修復するための材料、微生物を利用したバイオリアクターのための担体材料、環境を浄化するための材料、などの開発を行っている。
Nowadays, we are using many materials in our daily lives. From the viewpoint of environmental science, materials design helps to build a sustainable
society. In this laboratory, based on the fundamental science of the relationship between materials and phenomena in nature and life, we study the designof materials that produce harmony between the environment and human life from the viewpoint of environmental science. We are studying and developing
biomaterials to repair our bodies, materials for bioreactors, materials to clean the environment and materials that are in harmony with the environment.

による粒子保持能力により、リン酸カルシウム含有量が少なくても硬化して生体吸収性の高いセメントの作製を目指している。その成果について、学生が学会でポスター発表賞を受賞している。

薬剤を担持した骨修復材料の作製
人工骨に薬剤を担持して機能を付与しようという試みが多くなされている。担持した薬剤を有効的に機能させるためには、薬剤の放出挙動を制御する必要がある。そのためには、薬剤の担持方法が重要であると考える。本研究では、薬剤の担持方法が薬剤の放出挙動に

骨再生を目指したリン酸カルシウムセメントの作製
代謝に組み込まれる骨修復材料の創製を行っている。骨再生を促す注入可能なセメント状の人工骨の開発が求められている。これまでに、生体内で吸収され骨の代謝に組み込まれるリン酸カルシウム
球状多孔質顆粒の作製に成功している。これらの球状多孔体をリン酸カルシウム骨セメントに組み込むことにより、細胞や骨組織の進入可能なマクロ気孔と体液やタンパク質の進入可能なミクロ気孔の両方を有する新規な多孔質リン酸カルシウム骨セメントの開発を進めている。不定形な多孔体顆粒を用いる場合に比べ、リン酸カルシウ
ム球状多孔質顆粒を用いることで、顆粒の充填が起こりやすいこと
やマクロ気孔のサイズ分布を均一化できることを明らかにしている。
リン酸カルシウム球状多孔質顆粒の種類や硬化に寄与する反応の工夫により、骨再生能力の高いセメントの作製を目指している。
また、生体吸収性の高いリン酸カルシウムセメントのデザインとして、リン酸化プルランなどの生体吸収性高分子とリン酸カルシウムを複合化したセメントの作製にも取り組んでいる。生体吸収性高分子

Preparation of calcium phosphate cement
for bone regeneration
We are preparing bone repair materials that are incorporated into
metabolism. Development of injectable artificial bone cements that
promote bone regeneration is desired. We have succeeded in preparing
spherical porous calcium phosphate granules that are incorporated intobone metabolism. By incorporating these spherical porous bodies into
calcium phosphate bone cement, we developed a new porous calcium
phosphate bone cement that has macropores that allow cells and bone
tissue to enter as well as micropores that allow body fluid and protein toenter. We revealed that the use of spherical porous calcium phosphate
granules facilitates granule packing and makes the size distribution ofmacropores uniform compared to the case of using irregular-shaped
porous granules. We aim to produce cement with high bone regeneration
ability by selecting the type of spherical porous calcium phosphate
granules and the reaction that contributes to hardening.
In addition, as a design of highly bioresorbable calcium phosphate
cement, we are also studying the preparation of cement that combines
bioresorbable polymers such as phosphorylated pullulan with calcium
phosphates. We aim to produce a cement with high bioresorbability that
hardens even with a low calcium phosphate content due to the ability ofbioresorbable polymers to retain particles. A student has received aposter presentation award at the academic conference for theachievement.

与える影響を調べている。骨再生能力の高いリン酸八カルシウム球状多孔質顆粒を溶解 - 析出反応により作製する際に、薬剤を共存させることで強固に薬剤を担持することができることを明らかにした。
一方で、リン酸八カルシウム球状多孔質顆粒の作製後に薬剤を担持すると、高濃度で担持はできるが早期に放出してしまうことを明らかにしている。現在は、抗菌性を付与することを目指して、銀イオンを担持したリン酸八カルシウム球状多孔質顆粒の作製にも取り組んでいる。

微生物を利用したバイオリアクターのための担体材料の作製
微生物を利用したバイオリアクターによる金属回収や環境浄化などが注目されている。バイオリアクターの構築のためには、微生物を安定に担持できる材料が求められる。微生物の担持のためには、微生物が接着しやすい表面を持つ材料の開発が重要であると考える。本研究では、親水性の高い酸化チタンを表面に形成させることのできるチタン金属に注目した。種々の条件で酸化処理したチタン
金属基板を作製し、その基板上での微生物の接着挙動について調べている。

学会等での活動

Group Photo

Preparation of drug-loaded bone
repair materials
Many attempts have been made to load drugs on artificial bones to
impart a function. To induce a drug’s function effectively, it is necessary
to control the drug’s release behavior. For that purpose, we think the
drug-loading method is important. In this study, we investigated theeffect of the drug-loading method on the release behavior of the drug.
We revealed that the drug could be firmly loaded on spherical porous
granules of octacalcium phosphate having high bone regeneration ability
when the granules are produced by a dissolution–precipitation reaction
by coexisting with the drug. However, it was also revealed that when the
drug is supported after the production of octacalcium phosphate
spherical porous granules, it can be supported at a high concentration
but is released at an early stage. At present, we are also studying the
preparation of octacalcium phosphate spherical porous granules loadedwith silver ions with the aim of imparting antibacterial properties.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

現在、我々は様々な材料を利用して生活を営んでいる。持続可能な社会を構築するためには、環境科学の観点からの材料のデザインが必要

Masaki Umetsu

先進社会環境学専攻

環境や生命に調和する材料デザインを求めて

Preparation of scaffold materials
for bioreactors using microorganisms
Attention is being paid to metal recovery and environmental purification
by bioreactors using microorganisms. To construct a bioreactor, amaterial capable of stably supporting microorganisms is required. To
support microorganisms, it is important to develop a material with asurface on which microorganisms can easily adhere. In this study, we
focused on titanium metal, which can form highly hydrophilic titaniumoxide on the surface. Titanium metal substrates that have been oxidized
under various conditions have been prepared, and the adhesion behaviorof microorganisms on the substrates has been investigated.

Activities in academic societies
M. Kamitakahara: Committee Member of the Japanese Society for
Biomaterials, Committee Member of Division of Ceramics in Medicine,
Biology and Biomimetics of the Ceramic Society of Japan, The Societyof Inorganic Materials, Japan, etc.

・上高原理暢：日本バイオマテリアル学会評議員、日本セラミックス協会生体関連材料部会幹事、無機マテリアル学会評議員等

Fig.1 Spherical granules and irregular-shaped granules of calcium
phosphate, and cements prepared from those granules. (a) Spherical
granules (b) Irregular-shaped granules (c) Cement from spherical
granules (d) Cement from irregular-shaped granules

8

Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Cement mold and cement composed of calcium phosphate andbiodegradable polymer.

Fig.3 Octacalcium phosphate granules loaded with silver ions.

Fig.4 Microorganisms attached on titanium plate.

Coexistence Activity Report 2022

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資源戦略学講座

Resources Strategies

環境修復生態学分野

Geoenvironmental Remediation

Development of Environmental Friendly Biotechnologies
for Pollution Remediation and Resource Recovery

黄田 毅

技術補佐員

山本 麻理
横坂 かおり青木 靜

事務補佐員

教授 井上 千弘

助教 簡 梅芳Professor

Assistant Professor

Chihiro Inoue

する有効な手法として、生物機能を活かした低コスト・低環境負荷の環境修復技術や資源回収技術により解決することを目指し、これらの技術開発に関する研究を行っている。以下 2022 年の主な研究活動を紹介する：（1）植物を用いた有害重金属化合物による土壌・水環境汚染の修復に関する研究、（2）複合生物系を利用した環境技術の開発に関する研究、（3）生物工学的資源循環プロセスの構築に関する研究。
The contamination of soil and groundwater by heavy metals and persistent organic pollutants has been a serious environmental issue of global concern.
Moreover, the depletion of certain mineral and energy resources is approaching. However, effective pollution removal and resource recovery methods
with low environmental burdens have not been successfully developed and thus remain a challenge. Our target is to develop remediation and resource
recovery technologies that reduce costs, energy demands, and environmental loads. Here, we introduce our major scientific activities in 2022:(1) phytoremediation of heavy metals from polluted soil and water, (2) research on the development of environmental technology using complex
biological systems, and (3) research on the construction of bioengineering-resource recycling processes.

工藤 悦子

Mei-Fang Chien

た pterosin はヒ素除去に寄与する微生物を引き寄せることを見出し、ヒ素除去の効率化に重要な条件を一つ明らかにした（Fig.2）。

生物工学的資源循環プロセスの構築に関する研究
生物による金属資源の回収を目的とし、微生物の金属吸着形質を付加したレアメタルの Mo と Ni の吸着酵母の作製に成功している。回収プロセスの構築に向けた微生物の固定化技術についても検討している。廃棄系バイオマスからのエネルギー生産を狙い、合成
生物学の技術を取り入れた生物工学プロセスを構築し、廃棄バイオマスからのグルコースと同等のバイオエタノール転換効率を達成した（Fig.3）。

Phytoremediation of heavy metals
from polluted soil and water

ヒ素（As）やカドミウム（Cd）による土壌・水環境汚染の修復について、それぞれの高蓄積植物（As：オオバノイノモトソウ、Cd：
ハクサンハタザオ）を用いた基礎研究及び実証試験を継続し、今年は（1）温帯植物のオオバノイノモトソウを亜寒帯地域に長期栽培し、ヒ素除去効果を実証した（Fig.1）。
（2）ハクサンハタザオは Cd を細胞壁や液胞など代謝の少ない部位に輸送・貯蔵することで Cd の高蓄積と毒性回避を同時可能にすることを確認した。

複合生物系による環境技術の開発に関する研究
複合生物系・生物機能による環境技術の実用化に必要な環境・生物間相互作用の解明および機能予測を、ネットワーク解析を含むデー
タサイエンスの手法を取り入れて行っている。具体的には、モエジ
マシダの根圏微生物叢と代謝産物に対し、バイオインフォマティクスの手法による網羅的解析（multi-omics）を行い、根圏に分泌されRegarding the phytoremediation of arsenic (As) and cadmium (Cd) fromcontaminated soil or water, we have continued the basic research on anddemonstration of hyperaccumulators Pteris cretica (As) and Arabidopsis
halleri ssp. gemmifera (Cd). First, in 2022, we carried out a long-term
field trial of P. cretica in a subarctic area in Miyagi Prefecture anddemonstrated its effectiveness in As removal (Fig.1). Second, we
confirmed that A. helleri ssp. gemmifera transported and stored Cd in
low-metabolizing sites such as cell walls and vacuoles, which enabledhigh Cd accumulation and avoidance of Cd toxicity.

Research on the development ofenvironmental technology using complex
biological systems
For the practical application of complex biological systems toenvironmental technologies, we have applied data science approaches,
including network analysis and machine learning, to elucidate and predict
the functions and interactions among organisms in the system, which isnecessary for practical use. Particularly, we conducted a comprehensive
analysis of the rhizosphere microbiome and metabolites of P. vittata via

受賞・登用
簡梅芳 ( 助教 )・第五回東北大学優秀女性研究者賞「紫千代萩賞」 植物・微生物
による環境浄化機構の解明および有効利用の研究（Fig.4）
・第六回バイオインダストリー協会奨励賞 生物学的環境技術の効率化に寄与する生物間相互作用の解明と応用展開（Fig.5）
工藤宏史（D3）、韓凝（D2）、Agni Lili Ariyanti（D2）・東北大学 JST 次世代研究者挑戦的研究プログラム 継続

学会発表、その他活動
国内学会では 10 月に生物工学会、11 月環境バイオテクノロジー
学会において、簡助教、D3 工藤、D2 韓、Arriyanti、M2 三村、
Jittayasotorn、M1 小嶋により計 7 件の発表を行った（Fig.６）。
国 際 学 会 で は 8 月 に D3 の Sari と D2 の Arriyanti が 2nd
International Conference on Environmental Socio-Economic,and Health Impacts of Degraded and Mining Lands に、11 月

2022 year end party

multi-omics approaches and found that pterosins secreted to therhizosphere attracted microorganisms that contribute to As removal,
which revealed an important hint to efficient As removal (Fig.2).

Research on the construction of
bioengineering-resource recycling processes
Aiming at the recovery of metal resources through a biological process,we have succeeded in producing adsorption yeast for rare metals Mo and
Ni by adding metal adsorption traits of microorganisms. We are also
studying technology that can immobilize microorganisms for theconstruction of a recovery process. Aiming to produce energy from waste
biomass, we have constructed a bioengineering process that employs
synthetic biological technology and have achieved bioethanol conversion
efficiency equivalent to that of glucose from waste biomass (Fig.3).

Awards and appointments

Department of Environmental Studies for Advanced Society

当研究室は、深刻化している重金属や難分解性有機化合物による土壌・地下水の環境汚染、および鉱物やエネルギー資源枯渇問題を解決

植物を用いた有害重金属化合物による土壌・水環境汚染の修復に関する研究

先進社会環境学専攻

環境調和型バイオテクノロジーによる汚染浄化と資源回収技術の開発

博士研究員

Dr. Chien・Murasaki Sendai Hagi Award from Tohoku University for work
entitled “Elucidation and effective utilization of environmental
purification mechanisms by plants and microorganisms” (Fig.4)
・Encouragement Award from the Japan Bioindustry Association forwork entitled “Elucidation and application of the interactions amongorganisms that contribute to improving the efficiency of biologicalenvironmental technologies” (Fig.5)
Mr. Kudo (D3), Ms. Han (D2), Ms. Ariyanti (D2)・Tohoku University Advanced Graduate School Pioneering Research
Support Project for PhD Students

Presentations in conferences
Dr. Chien, Mr. Kudo (D3), Ms. Han (Dr), Ms. Ariyanti (D2), Mr. Mimura(M2), Mr. Jittayasotorn (M2), and Mr. Kojima (M1) gave presentations
at domestic conferences (Fig.6). Ms. Sari, Ms. Ariyanti, and Ms. Stephaniegave presentations at international conferences.

に D3 の Stephanie が 24th International Biohydrometallurgy
Symposium にそれぞれ口頭発表を行った。

Fig.5 Photo of Assist. Prof. Chien in Ceremonyof Encouragement Award from the JBA

Fig.4 Photo of Assist. Prof.
Chien in Ceremony ofMurasaki Sendai Hagi Award
from Tohoku University

Fig.1 Photo of Pteris cretica in the field with a close-up
view in the upper right corner

10 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Multi-omics analysis to reveal plant-microbe interactions during phytoextraction

Fig.3 Bioprocess which efficient transfers waste phytomass to bioethanol

Fig.6 Group photo in annual meeting of Japan
Society for Environmental Biotechnology
Coexistence Activity Report 2022

11

資源戦略学講座

Resources Strategies

地球物質・エネルギー学分野

Geomaterial and Energy

Geo-environmental systems driven by fluid-rock reactions

教授 岡本 敦助教 宇野 正起

助教 ダンダル オトゴンバヤル

Professor

Assistant Professor

Assistant Professor

Atsushi Okamoto

人間社会にも大きな影響を与える。本年は、岩石へ二酸化炭素が継続的に固定されるメカニズムを室内実験から解明し、フィールド調査からその実証を進めている。次世代エネルギーである超臨界地熱資源について、貯留層温度評価手法を開発するとともに、室内実験により超臨界条件下での空隙生成を試みている。また、金属資源や海底生物圏のエネルギー源として重要な海底熱水鉱床について、研究航海による実地調査、熱起電力測定実験、流通式反応実験、機械学習を通して、元素輸送・鉱物析出過程やエネルギー生成機構の解明を進めている。
In geo-environments, fluids facilitate chemical reactions and mass and energy transfer, and fluid–rock reactions have a significant effect on humansociety, including global geochemical cycles, surface environments, and resource formation. In this year, we have clarified the mechanisms ofcontinuous fixation of carbon dioxide in rocks by laboratory experiments and have validated the mechanisms through field investigations. Forsupercritical geothermal resources, one of the next-generation energy resources, we have developed a method to evaluate reservoir temperature from
drill samples, and we are trying to understand pore-generation mechanisms under supercritical reservoirs by laboratory experiments. We are also
investigating the mechanisms of elemental transport, mineral precipitation, and energy generation in submarine hydrothermal deposits through cruise
field surveys, thermal electromotive force measurements, hydrothermal flow-through experiments, and machine learning.

Group Photo

Dandar Otgonbayar

ス試料に適用した。その結果、熱伝導と対流の効果を示唆する精度の高い連続的な温度プロファイルを得ることに成功した（Fig.3）。
この方法は、地熱資源を評価するための精度の高い新たな手法として期待される。さらに、超臨界地熱貯留層の条件での流体と地殻岩石の反応実験を行い、同位体ラベリングや反応前後の X 線 CT
撮像による空隙形状の解析により、空隙形成を支配する反応条件とそのメカニズムを検討している。このような、地殻の流体反応に伴うナノスケールからフィールドスケールの構造形成と元素移動について、ユトレヒト大学（オランダ）やメリーランド大学（アメリカ）との国際的な共同研究を進めている（Fig.4）。

海底熱水系の岩石―流体反応と資源形成
日本近海にも数多く存在する海底熱水系は、レアメタルなどの重マントル岩石への CO2 固定化の自己促進機構の解明
自然界では CO 2 は岩石中に固定され地球内部を循環している。
この地圏環境の CO2 固定化メカニズムを理解し、大気中の CO2 削
減技術につなげるために、室内実験及び野外調査に基づく研究を進めている。マントル岩石のアナログ物質である MgO を用いた室内実験により、水や二酸化炭素を吸収する反応の体積変化により亀裂が生じ、浸透性を増大させることで、CO2 固定化が加速されることを明らかにした（Fig.1; プレスリリース 2022 年 1 月 18 日）。オマー
ンオフィオライトなどフィールド調査を行い、破壊を伴う CO2 固定化プロセスが地表に露出したマントル岩石でも大規模に起こっている
ことを示した（Fig.2）。
沈み込む炭素は地球内部にも影響を与える。沈み込み帯深部を再現する反応実験を行い、地殻－マントル境界において、大きな元素移動を伴いながら水や二酸化炭素が固定されることを示し、表層と地球内部をつなぐグローバルな元素循環、及び CO2 流体と地震発生との関係を検討している（科研費基盤研究 (S)）。

Self-accelerated CO2 fixation in mantle rocks

要な金属鉱床を作るとともに、特異な生態系を支えるエネルギー源

In nature, CO2 is fixed in rocks and circulates in the Earth's interior. To
understand the mechanism of CO2 fixation in the geosphere and todevelop technologies to reduce atmospheric CO2 , we are conducting
research based on laboratory experiments and field studies. Laboratory
experiments using MgO, an analogue of mantle rocks, have revealed that
CO2 fixation is accelerated by the volume increase of reactions thatabsorb water and carbon dioxide, causing cracks and increased
permeability (Fig.1; press release January 18, 2022). Field studies,including the Oman Ophiolite, have shown that fracture-associated CO2
fixation processes occur even on large-scale mantle rocks exposed at the
Earth’s surface (Fig.2).

チムニーと熱水の採取を行った（Fig.5）。チムニー及び黒鉱試料のSubducting carbon also affects the Earth’s interior. Reaction experiments
simulating the deep subduction zone have shown that water and CO2 are
fixed at the crust–mantle boundary with large elemental transfers. In
addition, the global elemental cycle linking the surface and the Earth’s
interior and the relationship between CO2 fluid and earthquake occurrence
are being investigated (Grant-in-Aid for Scientific Research [S]).

としても注目されている。新青丸による小笠原での研究航海により解析により、硫化物のチムニーは構成鉱物や化学組成によって変化する半導体特性を明らかにした。さらに、黒鉱中の石英粒子について、
水熱実験により、水の状態変化に伴って、準安定鉱物から形成したことを明らかにした。
また、海洋底の熱水循環について、鉄の酸化に伴う水素エネルギー発生が温度と岩相により系統的に変化することを実験的に見出すとともに、機械学習を用いて海底熱水変質に伴って元素選択的溶脱・固定が起こっていることを明らかにした。

[ 受賞 ] 杉岡純平（修士課程 2 年）地球惑星科学連合大会学生優秀
発表賞 2022 年 5 月 25 日、 高橋美咲（修士課程 2 年）
・ 松野哲士（博士課程 1 年）環境科学研究科優秀発表賞 2022 年 10 月 28 日

超臨界地熱資源と岩石―流体反応による空隙形成
超臨界地熱システムの発達過程と資源量を評価するために、最Supercritical geothermal resource andporosity formation induced by fluid–rockreaction
Petrographic thermometry was applied to core cuttings samples from
drilling in the Kakkonda geothermal field. As a result, we succeeded in
obtaining highly accurate and continuous temperature profiles
suggesting the effects of heat conduction and convection (Fig.3). Thismethod is expected to be applicable as a highly accurate and simple
method. Furthermore, we are conducting high temperature hydrothermal
experiments, and we have revealed the reaction conditions andmechanisms to produce porosity in the supercritical geothermal
reservoirs. International collaborations with Utrecht University (theNetherlands) and the University of Maryland (United States) are
underway to investigate the linkage between nanoscale to field-scale
structures in rocks and element transport associated with fluid reactionsin the crust (Fig.4).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

地圏環境において流体は化学反応や物質・エネルギー移動を促進し、岩石―流体反応はグローバルな物質循環、表層環境、資源形成など、

Masaoki Uno

先進社会環境学専攻

地殻流体が駆動する地圏環境の資源形成・脱炭素化プロセスの理解とその有効利用

Fluid–rock interaction at seafloorhydrothermal systems and resource
formation
Submarine hydrothermal systems, of which there are many in the seasaround Japan, are attracting attention as a source of energy that supports
unique ecosystems as well as creating important metal deposits such as
rare metals. Chimney and hydrothermal samples were collected during a
research cruise around the Ogasawara Islands by the Shinsei Maru (Fig.5).
Analysis of chimney and black ore samples revealed that sulfide chimneys
have semiconducting properties that vary with the constituent minerals andchemical composition. Furthermore, hydrothermal experiments on quartz
grains in black ores revealed that they formed via the formation ofmetastable minerals as a result of changes in water density.
In addition, we experimentally found that the generation of hydrogenenergy associated with iron oxidation varies systematically withtemperature and lithology in the hydrothermal circulation of the ocean
floor, and we clarified that element-selective dissolution and fixation
occur with seafloor hydrothermal alteration by using machine learning.
[Awards: J. Sugioka (M2): Best Student Presentation Award, JpGU, June
6 2022, M. Takahashi (M1), S. Matsuno (D1): Presentation Award,
GSES, October28 2022]

新の岩石学的温度計を葛根田地熱地帯の掘削時のコアカッティング

Fig.1 X-ray CT Image of the experimental products showing
reaction-induced fracturing during volatile-consuming reaction.

12 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Field work on carbonate veins in serpentinites
within the Oman ophiolite (Jan 2023).

Fig.3 Temperature profile estimated by petrologicalthermometry along the well of the Kakkonda geothermal field.

Fig.4 Workshop on water-rock interaction at
Utrecht University, Netherlands (Nov 2022).

Fig.5 Elemental map of the cross section ofChimney from the Myojin Caldea taken from thescientific cruise to the Ogasawara (Aug 2022).
Coexistence Activity Report 2022

13

資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

Earth Exploitation Environmental Studies

Studies on environment-friendly development systems

教授 高橋 弘助教 里見 知昭

Professor

Assistant Professor

Hiroshi Takahashi

盤情報取得技術の開発などを行っている。特に土砂災害現場における地盤情報取得においては、2021年 4 月より「多様な環境に適応しインフラ構築を革新する協働 AI ロボット」のムーンショットプロジェクトに参加し、2022年は粘性土を対象とした掘削実験を行った。繊維質固化処理土工法の高度展開に関しては、(1) 廃石膏ボード紙を用いた繊維質固化処理土の強度特性、(2) Empty Fruit Bunch (EFB) を用いた繊維質固化処理土の強度特性に関する研究を実施した。さらにハンドガイド式軟弱泥土回収機械の開発に関する基礎研究、画像を用いた破
砕堆積物粒度推定に関する研究などを実施した。

特任助教 劉暁東
Assistant Professor

Xiao Dong Liu（4）ミニショベルを用いたフィールド試験 :宮城県大崎市三本木町のフィールドにおいて真砂土と笠岡粘土を混合した粘性地盤を作成し、3 トンのミニショベルを用いてバケット掘
削実験を行うとともに、新たな計測用のブレードを作製し、ブレード掘削実験を行った。またミニショベルを遠隔操作して地盤掘削を行い、遠隔で地盤強度推定を行う流れを確認した（Fig.4）。

The research activities of this laboratory are as follows. As for the measurement of ground information at the landslide disaster sites, we haveparticipated in the Moonshot R&D Project (Collaborative AI robots for adaptation of diverse environments and innovation of infrastructure
construction) since 2021, and we have begun research on estimating ground strength using excavating resistive force. As for the advanced developmentof the fiber-cement-stabilized soil method, the present study evaluated (1) the strength characteristics of the fiber-cement-stabilized soil using waste
gypsum board paper and (2) the strength characteristics of the fiber-cement-stabilized soil using empty fruit bunches (EFBs). As for the advanced
study of construction machinery, fundamental studies on development of a hand-guided, sludge-recovery machine and estimating grain size of crushedrocks using images through bucket excavation were conducted.

繊維質固化処理土工法の高度展開に関する研究
本研究室では、未利用高含水比泥土の新しい再資源化工法である繊維質固化処理土工法を開発し、本工法の高度展開を目指した研究を行っている。本年は、以下の検討を行った。
（1）廃石膏ボード紙を用いた繊維質固化処理土の強度特性 :廃石膏ボード紙を用いて繊維質固化処理土を作成し、その強度特性

掘削抵抗力を用いた地盤強度推定に関する研究
本研究室では、2021 年度より、「多様な環境に適応しインフラ構
築を革新する協働 AI ロボット」のムーンショットプロジェクトに参加
し、「掘削抵抗力を用いた地盤強度推定」をテーマに研究を開始した。
本年は以下の研究を行った。
（1）バケットに作用する掘削抵抗力を用いた粘性地盤の強度推定 :珪砂 6 号および真砂土に笠岡粘土を混合した粘性地盤を作成し、バケットモデルにより地盤を掘削し、抵抗力を測定するとともに、平均掘削抵抗力と地盤強度（コーン指数）との関係について検討した（Fig.1）。
（2）ブレードに作用する掘削抵抗力を用いた粘性地盤の強度推定 :(1) と同じ土砂を用いて粘性地盤を作成し、ブレードモデルにより地盤を掘削し、抵抗力を測定するとともに、平均掘削抵抗力と地盤強度（コーン指数）との関係について検討した（Fig.2）。
（3）旋回時に履帯に作用する回転トルクを用いた砂質地盤の強度
推定 : 2022 年は新たな履帯模型を作成し、真砂土を用いた砂質地
盤上で履帯模型を回転させ、その際のトルクを計測するとともに、平均トルクと地盤強度（コーン指数）との関係について検討した（Fig.3）。

Fig.1 Apparatus for bucket excavation

14 Coexistence Activity Report 2022

Study on estimation of ground strength
using excavating resistive force
We have participated in the Moonshot R&D Project Goal 3 (collaborative
AI robots for adaptation of diverse environments and innovation of
infrastructure construction) since 2021, and we have begun research on
estimating ground strength using excavating resistive force. The
following studies were conducted:(1) Strength estimation of clay soil using excavator bucket: The excavating
resistive force acting on a bucket was measured for clayey soil mixed
with silica sand #6 or decomposed granite soil and Kasaoka clay. The
relationship between the average excavating resistive force and the cone
index was evaluated (Fig.1).
(2) Strength estimation of clay soil using a blade: The same clayey soil asin (1) was excavated using a flat blade, and the excavating resistive force
was measured. The relationship between the average excavating resistive
force and the cone index was evaluated (Fig.2).
(3) Strength estimation of sandy soil using rotating torque acting on
crawler during turning: The torque during the rotation of a newly
produced crawler model was measured for sandy soil. The relationshipbetween the average rotating torque and the cone index was evaluated(Fig.3).

Fig.2 Blade excavation experimentFig.3 Apparatus for crawler turning

について実験的に検討した。その結果、廃石膏ボード紙は古紙破砕物の代替品と成り得ることが確かめられた（Fig.5）。
（2）Empty Fruit Bunch（EFB）を用いた繊維質固化処理土の強度特性 : EFB を用いた繊維質固化処理土を用いた斜面修復に関して安全率の解析を行った。その結果、EFB を用いた繊維質固化
処理土は通常土の斜面より安全率が向上することが確認された。

(4) Field experiment using a mini-excavator: Clayey soil excavation
experiments using a 3-ton mini-excavator were conducted in the field
located in Sanbongi, Osaki City, Miyagi Prefecture. In addition, blade
excavation experiments were carried out using a newly produced blade.
Furthermore, the process of remotely operating the mini-excavator to
excavate the ground and estimate the ground strength was examined(Fig.4).

Advanced study on
the Fiber-cement-stabilized soil method
The following studies were conducted to achieve advanced developmentof the fiber-cement-stabilized soil method as a new recycling method forunused mud with high water content:(1) Evaluation of the strength characteristics of fiber-cement-stabilized
soil using waste gypsum board paper: The compressive strength of thefiber-cement-stabilized soil using waste gypsum board paper was
evaluated. The results showed that waste gypsum board paper can be analternative to paper debris conventionally used (Fig.5).
(2) Evaluation of shear strength characteristics of the fiber-cementstabilized soil using empty fruit bunches (EFBs): The result of slopestability analyses showed that the fiber-cement-stabilized soil with
EFBs improves the safety factor of a slope compared to the original soil.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

本研究室では、環境調和型開発機械施工システムの構築を目指し、建設副産物の再資源化、開発機械の知能化、土砂災害現場における地Tomoaki Satomi

先進社会環境学専攻

環境調和型開発システムに関する研究

Advanced study on construction machinery

建設機械の高度化に関する研究（1）ハンドガイド式泥土回収装置の開発に関する要素研究 :災害現場では大量の軟弱泥土が発生するが、民家や道路上の泥土は人力によって排除されている。そこで、ハンドガイド式の泥土回収装置の開発を目指し、要素研究を開始した。2022 年は泥土回収部分のブレード設計および含水比推定に関する基礎実験を行った（Fig.6）。
（2）画像を用いた破砕堆積物粒度推定に関する研究 :従来は破砕堆積物の表面画像のみを用いていたため、堆積内部の粒度を得ることは困難であった。そこで、採鉱フルオートメーション(1) Elemental research on the development of a hand-guided, sludgerecovery machine: A large amount of weak mud is generated at disastersites, whereas mud deposited on private houses and roads is removed byhand. In 2022, fundamental experiments were carried out on blade designin the mud collection section and on the estimation of the water content of
the mud (Fig.6).
(2) Study on estimating grain size of crushed rocks by using images:
Conventional methods only used the surface image of the crushed rocks,
making it difficult to determine the grain size inside the deposits. A
fundamental study on estimating the grain size by bucket excavation was
conducted for full automation of mining.

を目指してバケット掘削による破砕堆積物の粒度推定に関する基礎検討を行った。

Fig.4 Filed experiment using mini-shovel

Fig.5 Modified soil by waste gypsum
board paper

Fig.6 Experiment to measure water content in the soil
Coexistence Activity Report 2022

15

資源戦略学講座

Resources Strategies

地球開発環境学分野

地殻環境・エネルギー技術の新展開
Toward Advanced Environmental Geomechanics and Energy Technology

先進社会環境学専攻

Earth Exploitation Environmental Studies(Takahashi & Sakaguchi Lab.)准教授 坂口 清敏
Associate Professor

Kiyotoshi Sakaguchi（6）ストレインセルが接着されている回収コアによる二軸感度試験

1）軟岩体の水没鉛直井に適用可能な高精度地圧計測法の開発の有用性・有効性が確認できた。

2 ）鉱物の粒内と粒界の破壊靭性の実測に基づくき裂進展シミュレーション
3 ）超臨界 CO2 による地熱貯留層岩石き裂のすべり挙動

鉱物の粒内と粒界の破壊靭性の実測に基づく
き裂進展シミュレーション

4）花崗岩のマクロ破壊靭性とマイクロ破壊靭性
5）岩石の直交異方弾性と非線形弾性を考慮できる地殻応力評価法に関する研究

岩石の破壊メカニズムの解明を目的として、岩石の構成鉱物（石In 2022, our research activities were as follow:
1) Development of a high-precision rock stress measurement method applicable to submerged vertical borehole in soft rock mass2) Simulation of crack propagation based on actual measurement of intragranular and intergranular fracture toughness of minerals
3) Slip behavior of a crack in geothermal reservoir rock by supercritical CO24) Macro- and micro-fracture toughness of granite5) Study on a rock stress evaluation method considering orthotropic and nonlinear elasticity of rock

英、カリ長石、斜長石、黒雲母）の個々の破壊靭性試験および２つの鉱物の粒界の破壊靭性試験（Fig.3）を行い、得られたマイクロパ
ラメータ（引張強度、粘着力、ヤング率）を用いてき裂進展の数値
シミュレーションを実現した。破壊靭性試験はカンチレバー型の供試体を用いて、3 種類の寸法の供試体（10μm × 10μm × 50μm，20μm × 20μm × 50μm，20μm × 20μm × 100μm）で行った。
数値シミュレーションには個別要素法（DEM）
コード PFC2D を用い、軟岩体の水没鉛直井に適用可能な
高精度地圧計測法の開発
軟岩体に対して、地表から削孔された水没している鉛直井で地圧測定が可能な新たな高精度地圧測定法として円錐孔壁ひずみ法を開発した。今年度は主に、実用化を目指した室内実験および原位置試験を行い、以下の成果を得た。
（1）開発した掘削ビットによって所定の形状のボアホールを掘削・加工できることを確認した。

（2）開発したボアホールカメラで十分な解像度で円錐孔壁の観察ができることを確認した。

（3）どぶ漬け接着法の実用性を確認した（Fig.3）。

（4）ストレインセルを含む測定部と貼り付け装置を分離する機構（ 新たに開発 ）が想定通りの機能を果たすことを確認した（Fig.4）。
（5）開発した掘削ビット、センタリングガイド等で想定通りのオー
バーコアリングができることを確認した。

Development of a high-precision rockstress measurement method applicable tosoft rock submerged vertical borehole
The conical borehole wall strain method has been developed as a new
high-precision rock stress measurement method for soft rock mass thatis submerged in vertical borehole drilled from the ground surface. In thisfiscal year, we mainly conducted laboratory experiments and in situ
tests aimed at practical application, and we obtained the following
results. (1) We confirmed that the developed drilling bit can drill andprocess a borehole with a predetermined shape. (2) We confirmed thatthe developed borehole camera can observe the conical borehole wallwith sufficient resolution. (3) The practicality of the dipping adhesion
method for the strain-cell adhesion was confirmed (Fig.3). (4) We
confirmed that the mechanism (newly developed) that separates themeasurement unit, including the strain cell, from the attachment device
functions as expected (Fig.4). (5) We confirmed that the developed
drilling bit, centering guide, etc. could perform overcoring as expected.
(6) We confirmed the usefulness and effectiveness of the biaxial
sensitivity test using the recovery core to which the strain cell is adhered.

SCB 試験を対象としたシミュレーションモデルを、鉱物および鉱物
粒界を模擬した GBM（Grain Based Model ）で作成した。SCB
試験のき裂発生、進展には、粒界や黒雲母といった弱い構成要素が影響を与えている可能性を明らかにした（Fig.4）。

超臨界 CO 2 による地熱貯留層岩石き裂のすべり挙動
超臨界 CO2 地熱発電の実現のために、超臨界 CO2 による岩石の間隙水圧誘起すべり実験を行い、すべり挙動の特徴の検討、圧入媒体による挙動の比較を行った（Fig.5, 6）。き裂面の性状や圧入媒体の違い（水と CO2）による、すべり挙動（せん断膨張→初期すべり→定常すべり）には違いが見られないことが示唆された。初期すべりと定常すべりの速度比を超臨界水と超臨界 CO2 で比較した結果、後者の方が小さいことが明らかになった。したがって、超臨界 CO2 地

Simulation of crack propagation based on
actual measurement of intragranular andintergranular fracture toughness of minerals
Individual fracture toughness tests on the minerals (quartz, K-feldspar,
plagioclase, and biotite) that compose rock and the grain boundary
fracture toughness tests of two minerals (Fig.3) were conducted toelucidate the fracture mechanism of rocks. A numerical simulation of
crack propagation was realized using the obtained microparameters(tensile strength, cohesion, and Young’s modulus). The fracture
toughness tests were conducted with specimens of three types ofcantilever shape (10 μm × 10μm × 50μm, 20μm × 20μm × 50μm, and20μm × 20μm × 100μm). The discrete element method (DEM) code
PFC2D was used for numerical simulation. A simulation model for the
SCB test was created using a grain-based model that simulates minerals
and mineral grain boundaries. We clarified the possibility that weak
constituents such as grain boundaries and biotite affect crack initiationand propagation in SCB tests (Fig.4).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

2022 年に当研究室で行った主な研究は以下のとおりである。

Slip behavior of a crack in geothermal
reservoir rock by supercritical CO2
Pore-pressure-induced slip experiments of rock by supercritical CO2
were conducted to investigate the characteristics of slip behavior and tocompare the behavior with injected media for the purpose of realizationof supercritical CO2 geothermal power generation (Fig.5, 6). It wassuggested that no difference exists in the slip behavior (shear expansion→ initial slip → steady slip) due to the difference in the properties of thecrack surface and the injection medium (water and CO2). As a result ofcomparing the velocity ratio between the initial slip and the steady slip
for supercritical water and supercritical CO2 , it was found that the latteris smaller. Therefore, supercritical CO2 geothermal power generation
has the potential to suppress induced earthquakes.

熱発電は、誘発地震が抑制できる可能性を有している。

Fig.5 Specimen and imageof pore pressure induced
slip experimentFig.6 X-ray CT image of
specimen of before andafter experimentFig.1 In-situ test for (3)16 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 In-situ test for (4)Fig.3 Specimen for grain boundary fracture toughness test

Fig.4 An example of numerical simulation results
Coexistence Activity Report 2022

17

エネルギー資源学講座

Energy Resources

分散エネルギーシステム学分野

Distributed Energy System

Toward the development of sustainable energy system

教授 川田 達也

准教授 八代 圭司

助教 リヤン アクマド ブディマン

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Tatsuya Kawada

スによるエネルギー高効率利用に不可欠なエネルギー変換技術、およびエネルギー貯蔵技術、また地球環境保全に必要な環境技術の基盤技
術および学理構築を重点課題としている。環境 ･ エネルギー問題の解決には、化石燃料の高効率利用と再生可能エネルギーの安定供給のための新しい技術の普及が不可欠と考え、その技術基盤として、高効率、高耐久性の固体酸化物形燃料電池（SOFC）および固体酸化物形電解セル（SOEC）の実現に必要な技術課題を取り上げ、学内外の機関との協働し、システムに用いられる材料の使用環境における物理化学的、機械的挙動について、熱力学、固体化学、電気化学を基礎とする解析によって明らかにする。
Our research target is to develop environmentally friendly energy-conversion systems. Our special focus is on high-temperature electrochemical devices
such as solid oxide cells, which are useful for high-efficiency energy conversion between chemical and electric energy. Research studies on themechanical reliability of solid oxide fuel cells (SOFCs) and solid oxide electrolysis cells (SOECs), which are tightly linked with physicochemical andthermodynamic properties, have been performed through collaboration with other research groups inside and outside the university. A simulation code
was developed to evaluate the deformation based on transient distribution of chemical potential inside the materials. The mechanical and physicochemical
properties of the constituent materials have been measured at elevated temperatures in controlled atmospheres to be used for the simulation.

Riyan Achmad Budiman

固体酸化物形燃料電池のセル強靭化技術の開発
2022 年度から開始した NEDO 委託事 業「固体 酸化物形電気化学セル強靭化技術の開発」において、酸化物が基本構成材料のSOFC を幅広い用途に展開可能なように支持体を金属とした強靱SOFC セルの開発に取り組んでいる。プラズマ溶射法により作製した金属支持型セルにおいて 700℃で 0.7V、700mAcm -2 という比較的高い性能のセルを得ることができた（Fig.2）。現在、さらに耐久性や信頼性の向上を目指した開発を行っている。

高温共電解を利用した液体燃料製造の基礎技術開発
2050 年までにカーボンニュートラルを達成するには、電力供給だけでなく、原料・燃料として使用される一次エネルギーのカーボン

固体酸化物形燃料電池スタックの高度評価・解析技術の研究開発
NEDO 委託事業において、発電効率の高い固体酸化物形燃料電池（SOFC）の 65％（LHV）の超高効率化、13 万時間以上の高耐久化に貢献する技術の確立を目指し、スタックの高度評価・解析技術の開発を行っている。当研究室も学内外との連携を含めて共同で研究を進めており、国内の SOFC 開発各社とも密接に連携して事業を推進している。高効率化では高い燃料利用率に起因してセル内各所での運転状態が異なり、劣化挙動にも大きな分布が生じる可能性があるため、セル内の局所的な劣化を詳細に評価検討する必要がある。当研究室
はセルの機械的信頼性評価に関する開発を担っており、固体酸化物
形燃料電池の信頼性評価プロトコルの開発なども行っている（Fig.1）。

Development of advanced evaluation andanalysis technologies for the durabilityof solid oxide fuel-cell stacks
The ongoing NEDO’s project aims to develop advanced stack evaluation
techniques for solid oxide fuel cell (SOFC) to achieve super-highefficiency of 65% LHV (lower heating value) and a lifetime of more than
130,000 hours. In this project, a research consortium organized byuniversities and institutes in Japan is collaborating with companies thathave developed SOFCs. Under high-output conditions, high fuelutilization leads to different operating conditions at different locations
within a cell. The degradation behavior may also differ from the average
operating conditions. Therefore, the local degradation of the cell shouldbe evaluated. Our laboratory contributes to the development of themechanical reliability evaluation method. We also develop reliability
evaluation protocols for solid oxide fuel cells (Fig.1).

ニュートラル化が必要となる。DAC や CCUS 等で回収した CO2 を使い、再生可能エネルギー由来の余剰電力を固体酸化物電解セル(SOEC) で二酸化炭素と水蒸気の共電解することで液体燃料製造に必要な合成ガスを高効率に生成する方式が提案されている。当研究室では SOEC 共電解用セルに必要な基本特性の評価・検討を行っている。電解反応時には電極形状変化による劣化が報告されている。
長時間安定に運転可能な共電解セルの開発のために、この要因解
析のために専用に設計したモデル電極セルの電極三次元形状を測定

Group PhotoDevelopment of cell-toughening
technology for solid oxide fuel cells
In the NEDO project that began in FY2022, we have been developing
tough metal-supported SOFCs, which can be used in a wide range ofapplications. A metal-supported cell with relatively high performance of
0.7 V and 700 mAcm-2 at 700°C was fabricated by a plasma spraying
method (Fig.2). Currently, we are working on further development toimprove the durability and reliability of the metal-supported cell.

Fundamental technologies for liquid
fuel production using high-temperature
co-electrolysis
To achieve carbon neutrality by 2050, electricity generation andchemical-industry feed stocks and fuels for transportation must be
decarbonized. Much attention has been given to a new fuel production
process using captured carbon dioxide and renewable energy. Coelectrolysis of carbon dioxide and steam by solid oxide cells is proposed
to produce a syngas for liquid fuel production. Our laboratory has
evaluated the basic properties of co-electrolysis cells, finding
degradation due to electrode shape changes during electrolytic reactions.
To develop a co-electrolysis cell that can operate stably in the long term,
we are evaluating this factor by measuring the three-dimensional
electrode shape of a specially-designed model electrode cell (Fig.3).

することで評価している（Fig.3）。

Educational activities

教育活動

Lab workers consist of five staff members (a professor, an associate
professor, an assistant professor, a researcher, and a technical staff
member) and 18 students (9 master’s students, and 8 undergraduates, 1
research student). Four graduate students and four undergraduate
students graduated in March.

2022 年度の当研究室のメンバーは、教授 1 名、准教授 1 名、助教
1 名、研究員 1 名、技術補佐員 1 名の教職員 5 名、修士学生 9 名、学部学生 8 名、研究生 1 名の学生 18 名の延べ 23 名で構成され、Department of Environmental Studies for Advanced Society

当分野の研究方針は、環境調和型社会の実現に向けた社会的要請の高い課題の解決である。現在はその中でも特に、高温電気化学デバイ

Keiji Yashiro

先進社会環境学専攻

サステイナブルなエネルギーシステム
実現に向けて3 月には修士課程を 4 名が修了し、学部生 4 名は卒業後修士課程に進学した。

Fig.1 Apparatus for SOFC reliability assessment.

18 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Cell performance of plasma spray metal support SOFC.

Fig.3 Geometry evaluation system for co-electrolysis cell.
Coexistence Activity Report 2022

19

エネルギー資源学講座

Energy Resources

エネルギー資源リスク評価学分野

先進社会環境学専攻

環境政策学講座

Resources and Energy Security

Environmental Policies

環境社会動態学分野

Socio-Environmental Dynamic Analysis

地圏環境科学の深化と持続可能なエネルギー資源開発

教授 渡邉 則昭

Professor

Professor

Takeshi Komai

Noriaki Watanabe

助教 中村 謙吾
Assistant Professor

Kengo Nakamuraを有する花崗岩（地熱貯留層となりうる岩石の一種）の透水性を迅
エネルギー資源リスク評価学分野は、環境とエネルギー資源の相互作用に関する様々な研究成果をもとに、地球環境における物質循環に速かつ大幅に向上できることがこれまでに示されている。エルサル

根ざした地圏システムの理解、エネルギー資源の開発にともなう安全保障および環境リスク管理、人の健康と自然環境との関係、地圏環境にバドルの地熱フィールドから採取した亀裂を有する火山岩に対して、おける土壌や地下水等の汚染問題、さらには有害化学物質のリスク評価に関する総合的な教育・研究を実施する。

キレート剤水溶液の流通実験を行い、火山岩からなる地熱貯留層

本研究室の特色は、地球科学とエネルギー資源工学の学術を基礎として、地球環境および地域環境の保全に資する技術やシステムの研究開発を実施し、教育および研究を通じて学術や社会に貢献することである。学術集会や開発手法の技術公開、プレス発表等を通じて、研究成果を広く学術界および社会に発信している。
We have conducted various research in energy resource and environmental sciences and engineering, such as environmental risk assessments,
geosciences and geoengineering in light of energy resource production, geo-informatics, and so on, for our sustainable future. We have investigatedhydraulic, mechanical, and chemical properties of rocks at a wide range of temperature and pressure conditions, as well as ways to control and utilize
them, particularly for sustainable and profitable production of petroleum and geothermal resources as well as CO2 sequestration and mineralization.
Recently, we initiated research on a new method for CO2 mineralization in which an environmentally friendly chelating agent is applied and is recycled
to dissolve calcium silicate efficiently and produce high-purity calcium carbonate in an alkaline aqueous solution. Furthermore, we initiated new
research on atmospheric CO2 removal in croplands via enhanced weathering of industrial calcium-rich silicate by-products.

でも新・化学的刺激法が有効であることを明らかにした（Salala etal., Geothermics）。

再生可能キレート剤を用いた CO2 の加速鉱物化プロセス
CO2 の加速鉱物化プロセスとして知られる pH スイングプロセ
スにおける主要課題（薬品の大量消費と廃液の大量発生）を解決するため、再生可能なキレート剤のアルカリ性水溶液を用いて、室温付近で CO2 の鉱物化を加速するプロセスを提 案し、技術的な実現可能性を実 験 的に明らかにした（Wang et al., Journal ofEnvironmental Chemical Engineering）。本プロセスは、弱ア

超臨界地熱貯留層の造成技術：超臨界水圧破砕法
発 電に利 用可能 な 超 臨 界 水や 過 熱 蒸 気の 生 産 が 期 待される
400 ℃ 以 上の 地 下 環 境 で の水 圧 破 砕 による地 熱 貯 留層 造 成シ
ミュレータおよび本シミュレータによる地熱貯留層造成シミュレー
ションの 結果を国 際 学 術 雑 誌 上で 発 表した（Watanabe et al.,Geothermics）。本シミュレータは、室内実験で明らかにした超臨界水圧破砕の発生条件および透水性増加量を組み込んだ三次元・
超臨界地熱貯留層造成シミュレータである。本シミュレータを用いて、貯留層造成シミュレーションを実施した結果、水圧破砕により
半径数百メートルの貯留層が形成できることや、初期地殻応力場の貯留層形成に及ぼす影響が明らかになった。

環境調和型キレート剤を用いた地熱貯留層の透水性改善技術
当研究室で発明した環境調和型キレート剤を用いた新・化学的刺激法により（特許 7115692）、鉱物の沈殿を生じることなく、亀裂

ルカリ性におけるプロトンとキレート剤のアタックによるケイ酸塩かFormation of supercritical geothermal reservoir:
Supercritical hydraulic fracturing
We have published simulation results of supercritical geothermal
reservoir formation using hydraulic fracturing at supercriticaltemperatures of water (Watanabe et al., Geothermics). A new threedimensional supercritical geothermal reservoir formation simulator wasdeveloped based on experimental findings on fluid pressure and crustal
stress conditions for initiation of the supercritical hydraulic fracturing
and degree of permeability enhancement induced by the hydraulicfracturing. Reservoir formation simulations using this new simulator
showed that the hydraulic fracturing was able to form reservoirs with aradius of several hundred meters and that the initial crustal stress field
had a significant effect on reservoir-formation behavior.

Improving permeability of geothermal reservoir

using an environmentally friendly chelating agent

らのカルシウム（Ca）の加速抽出、強アルカリ性での Ca と炭酸イオンからの炭酸塩鉱物製造、および CO2 ガスのキャプチャによる抽出液の再生からなり、全反応をアルカリ性条件下で実施し廃液を生じさせない革新的プロセスである（特開 2022-102786）。

農地でのカルシウムに富む産業副産物の加速風化を利用した大気中 CO2 除去技術
農地におけるカルシウムに富む産業副産物の加速風化は、大気中
CO2 の大規模除去に利用できる技術として提案されているものの、本技術の有効性や特徴は実験的に明らかにされていない。そこで、
農地土壌として黒ボク土、非農地土壌として真砂土、産業副産物としてポルトランドセメント、製鋼スラグおよびコールフライアッシュ
用いた室内実験を行い、技術の有効性とその特徴を明らかにした（Yoshioka et al., Frontiers in Environmental Science）。

Group Photo

granite (a type of rock that can serve as a geothermal reservoir) withoutcausing mineral precipitation. Chelating agent flooding experiments on
fractured volcanic rocks, taken from geothermal fields in El Salvador,
were newly conducted, and as a result, it was shown that the newchemical stimulation method was also effective in geothermal reservoirs
composed of volcanic rocks (Salala et al., Geothermics).

Enhanced CO2 mineralization process using
renewable chelating agent
To solve the major problems (i.e., large consumption of chemicals andgeneration of large amounts of waste fluid) in the pH swing process,which is a well-known enhanced CO2 mineralization process, we
proposed a new process to enhance CO2 mineralization at around room
temperature using an alkaline solution of a renewable chelating agent,
and we experimentally demonstrated the technical feasibility of theprocess (Wang et al., Journal of Environmental Chemical Engineering).
The process consists of enhanced extraction of calcium (Ca) fromsilicates by proton and chelating agent attacks in a chelating agent
solution under weak alkalinity, production of carbonate minerals from
Ca and carbonate ions in the same solution under elevated alkalinity, andregeneration of the extraction solution by CO2 gas capture with the same
solution. This chelating-agent-based enhanced CO2 mineralization
process conducts all reactions under alkaline conditions and produces
no waste fluid.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Deepening of Geo-Environmental Science andSustainable Energy Resource Development

教授 駒井 武Atmospheric CO2 removal in croplands via
enhanced weathering of calcium-rich silicate
by-products
Enhanced weathering of calcium-rich industrial by-products in croplands
has been proposed as a method that can be used for large-scale removal of
atmospheric CO2, but the effectiveness and characteristics of this method
have not been experimentally clarified. Therefore, we clarified theeffectiveness and characteristics by conducting laboratory experiments
using andosol as agricultural soil, decomposed granite soil as nonagriculturalsoil, and Portland cement, steel slag, and coal fly ash as industrial byproducts (Yoshioka et al., Frontiers in Environmental Science).

A new chemical stimulation method using environmentally friendly
chelating agents, invented in our laboratory (Patent 7115692), has beenshown to rapidly and significantly improve the permeability of fractured

Fig.5 Enhanced CO2
mineralization process using
a renewable chelating agent

Fig.1 Simulation of supercritical geothermal
reservoir formation

20 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 High-temperature true triaxial rockmechanics experimental system

Fig.3 Wellbore failure of granite in a supercritical
geothermal environment

Fig.4 Void formation in a volcanic rockby a cheating agent flooding

Fig.6 Atmospheric CO2
removal by andosol withcalcium-rich byproducts
Coexistence Activity Report 2022

21

エネルギー資源学講座
環境共生機能学分野

Energy Resources

Designing of Nano-Ecomaterials

Development of functional nano-ecomaterials for energy andenvironment in the environmentally benign systems

教授 高橋 英志

准教授 横山 俊

助教 横山 幸司

技術職員 本宮 憲一

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Technical Associate

Hideyuki Takahashi

を最大限に発現できる組成・結晶系・形態に制御する必要がある。この様な観点から、本研究室では、原材料中での材料の状態を計算及びX 線構造解析等の機器分析を通じて厳密に制御し、その反応機構を電気化学的手法や質量分析等を利用して解明する事で、高効率且つ均質な状態のナノ材料を開発する手法を開発している。また、高性能を発現するための状態制御法の開発を行っている。研究は（A）自然エネルギー
変換材料（化合物太陽電池用ナノ材料、熱電変換合金ナノ粒子、光触媒、など）、（B）機能性ナノ - エコ材料（均質合金ナノ粒子、高機能性電子用金属ナノ材料（Cu ナノ粒子, Cu ナノワイヤなど）、固体高分子燃料電池用機能性ナノ触媒材料、など）、（C）難溶性レアメタル等の抽出を可能とするための錯体制御技術、等に分類できる。

Koji Yokoyama

Kenichi Motomiya

例えば、化合物太陽電池材料となる Cu-In 合金ナノ粒子や Cu-In-S
ナノ粒子、Cu-In-Sn 合金ナノ粒子、Cu-Zn-Sn-S ナノ粒子を水溶液中で合成し、塗布することで太陽電池を形成させる技術を開発した。
また、導電性が高く耐酸化性が高い Cu ナノ粒子や Cu ナノワイヤ、
透明導電性材料用の特異な形状制御を行った Cu 粒子、構造材料
を低温で焼結するための Fe ナノ粒子、等の合成と実用化を試みている。更に、エネルギー材料として、熱電変換材料や燃料電池材料、

Hideyuki Takahashi Laboratory’s research has focused on developing and using well-defined nanomaterials in our daily lives. In particular, we havedeveloped methods for synthesizing and utilizing useful nanomaterials with specific morphology.
Our research objectives can be classified into (a) natural energy conversion materials, such as alloy nanoparticles for compound solar cells,
thermoelectric alloy nanoparticles, and photocatalysts with specific morphology; (b) functional nano-eco materials, such as uniform and wellcrystallized alloy nanomaterials, well-defined electric integration nanomaterials (Cu nanoparticle, Cu nanowire, etc.), and precise control ofnanocatalysts for fuel cells; and (c) development of novel methods for extracting rare metals with precise control under complex conditions.

特異な形状で高機能を発現するストラティファイド光触媒材料、を開発している（Fig.1）。

学生諸君の国際及び国内会議発表、その他の活動
高橋（英）研究室所属では、学生諸君の研究開発能力や意識、
コミュニケーション能力に対するグローバル化を促 進することにも重点をおいており、学生諸 君の国際 会議での発 表や博士課 程研究概要

Research

遷移金属等の貴金属ではない金属のナノ材料を実用化することを念頭に、様々な金属／合金ナノ粒子を、環境負荷が少ない手法で合成する研究開発を行っている。特に、材料の特性の均質化や、高特性を発現する相の選択的合成、長寿命化、を達成するためには、均質で結晶性が高い金属／合金ナノ粒子であることが必要である。
更に、工業的応用を念頭におくと耐酸化性が高くかつ表面被覆材の使用は限界まで低減する必要である。この様な全ての条件をすべて満たした金属／合金ナノ粒子を、ビーカー等の簡単な装置のみを用
い、常温～ 70℃程度の水溶液中で、合成するという “ 現代の錬金術 ”と言える手法を開発している。
その為には、原料となる水溶液中において、金属の状態を均質化すること、合金を合成する様な場合には還元析出させるためのポテ
ンシャルを単一化及び均質化することが必要である（合成する材料
により、酸化および硫化をさせる場合もある）。そこで我々の研究室では計算手法を用いて水溶液中の金属錯体の種類等を制御し、そのTo achieve industrial applications of transition metal/alloy nanoparticles
instead of precious metal nanoparticles, various procedures forsynthesizing these materials have been developed under low
environmental loading conditions. In particular, a method of synthesizing“uniform” and “well-crystallized” metal/alloy nanoparticles should be
developed to utilize the uniform properties, selective and highperformance, suitable phase, and long lifetime. Moreover, materials
synthesized for commercial applications should have specific properties,
such as high oxidative resistivity and low addition of surfactants. We
have developed a method of synthesizing metal/alloy nanoparticles withthe properties mentioned above using simple equipment and low energy
conditions (RT-70°C) in the aqueous phase.
To synthesize “uniform” and “well-crystallized” metal/alloy nanoparticles,
the condition of metals in the aqueous phase should be restricted to thehomogeneous phase, and the reduction potential of both metal complexes
should be equal. Sometimes, oxide materials and sulfide materials are alsosynthesized.

学生の留学を精力的に行っている。2022 年度は、残 念ながら、
COVID-19 の影 響で 例年より大 幅に少ない 11 件 の学 会 発 表を行った。当該期間では、6 月開催の資源・素材学会東北支部春季大会にて MC1 の野田祐作さんが（最優秀賞（金賞）受賞）、9 月に開催された 2022 年度資源・素材関係学協会合同秋季大会にてMC2 の荒谷優馬さん（若手ポスター発表賞受賞）、古賀広見さん、
福岡薫さん、MC1 の池谷駿之介さん、野田祐作さんが、10 月に仙台で開催された第四回環境科学討論会にて MC1 の池谷駿之介さん（優秀賞受賞）、野田祐作さん（優秀賞受賞）が、11 月に秋田で開催された資源素材学会東北支部若手の会で MC1 の池谷駿之介さん、
野田祐作さんが、発表を行っている。また、本年度は、学生諸君が関わる 1 件の論文を報告した。
COVID-19 の影響が低減すれば、次年度以降は、ECS や MRS、資源・素材学会、資源・素材学会東北支部大会、応用物理学会、など、
国内外の学会にも積極的に参加し、成果の発表を行う予定である。
また、自然エネルギーに関する周知活動や高大連携に係る東北大学
講師派遣における出前授業なども再開する。

Therefore, we introduced our idea for a particle synthesis system basedon the predicted concentration of metal complexes in an aqueous
solution as a function of pH.
For solar cell application, we developed methods of synthesizing Cu-In
alloy nanoparticles, Cu-In-S nanoparticles, Cu-In-Sn alloy nanoparticles,
and Cu-Zn-Sn-S nanoparticles, and we applied these synthesizedmaterials to the formation of printable solar cells. Moreover, we tried tosynthesize Cu nanoparticles and/or Cu nanowire with high conductivity
and oxidative resistivity, Cu materials with specific morphology, and Fe
nanoparticles with low melting point to apply as bonding materials.
Thermoelectric materials, fuel cell materials, and stratified photocatalysts with specific morphology were also developed to apply thesesynthesized materials to environmentally friendly energy materials.

Student activity (conferences, prizes, etc.)
Students from our laboratory attend up to 20 international and domestic
conferences in a usual year. To develop members’ abilities, werecommended joining international conferences and studying abroad(DC course students). However, we only attended 11 meetings in 2022
because of the COVID-19 pandemic.
This year, Mr. Yusaku Noda (MC1, Best Presentation Award [Gold Award])
joined MMIJ Tohoku branch meetings (June, online meeting). Mr. Yuma
Araya (MC2, Young Scientist Presentation Award), Mr. Hiromi Koga
(MC2), Ms. Kaoru Fukuoka (MC2), Mr. Shunnosuke Ikegaya (MC1), andMr. Yusaku Noda (MC1) joined the 2022 MMIJ meetings (September,
Fukuoka). Mr. Shunnosuke Ikegaya (MC1, Best Presentation Award) andMr. Yusaku Noda (MC1, Best Presentation Award) joined the 4th Meetingof Environmental Studies (October, Sendai). Mr. Shunnosuke Ikegaya(MC1) and Mr. Yusaku Noda (MC1) joined the MMIJ Tohoku branchYoung Scientist meetings (December, Akita).
One paper related to the student’s research was published this year.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

ナノ材料は省資源で最高性能を発現する材料として期待されているが、真の意味で次世代環境対応型材料とするためには、目的とする機能

Shun Yokoyama

先進社会環境学専攻

環境との共生・エネルギーの創製を担うナノ機能素材開発

After the COVID-19 pandemic, we will join the Electrochemical Society
Conference (ECS), Materials Society Meetings (MRS), MMIJ’s spring
and fall meetings, and Tohoku branch’s spring MMIJ meeting, as well as
the Japan Society of Applied Physics (JSAP) and others.
Moreover, we will participate in various social activities, such as events
addressing natural energy, public lectures, and so forth.

上で還元析出させる手法を開発した。

Fig.1 Schematic drawing of researches in H. Takahashi Lab (concept).

22 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Schematic drawing of researches in H. Takahashi Lab (target).
Coexistence Activity Report 2022

23

エネルギー資源学講座

Energy Resources

国際エネルギー資源学分野

研究員

International Energy Resources

エネルギー戦略および新しい低炭素技術の普及に向けた舵取り
Governing energy strategies and the diffusionof new low-carbon technologies

・バヤンホルドマンシール・ゲリ アグロリ教授 土屋 範芳

准教授 窪田 ひろみ 助教 王 佳 婕

助教 末吉 和公

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Noriyoshi Tsuchiya

減など、自然科学的および社会科学的手法を融合させて、持続的社会のための総合的かつ体系的なエネルギー資源学の研究を進めている。
As tackling the ever-increasing energy and resources crises becomes a critical and urgent call, our group strives to run various research projects thatcombine natural and social sciences to study geothermal and hydrogen energy, resource recycling, and carbon emission reduction. We expect these
meaningful research projects and essential developments to serve a carbon-neutral society for long-term sustainability.

Jiajie Wang

Kazumasa Sueyoshi

助教 ミンダリョワ
ディアナ
Assistant Professor

Mindaleva Diana

幅広い地質学的テーマについて、野外観察、室内実験、数値解析などで研究を行っている。また、当研究室はビッグデータ分析を活用した津波堆積物の特定に基づく津波浸水域の推定などの災害科学研究も行っている。さらに、金属資源の安全保障のために、金属鉱石や原材料のトレーサビリティに関する研究を進めている。

CCUS と水素生成新技術の開発
地熱エネルギーと社会

Geothermal energy and society

地熱エネルギーは、再生可能かつクリーンであることから世界的に有望なエネルギー資源である。地下深く高温な環境で形成される超臨界地熱貯留層（SGR：Supercritical Geothermal Reservoir）
を利用することは未来技術として期待が寄せられている。当研究室
では、SGR を再現するモデルとして花崗岩 - 斑岩システムに着目し、熱水角礫岩の形成からマグマ - 熱水システムの流体進化を解明する研究を行っており、流体と誘発地震との関係解明に資する新たな知見が得られると期待されている。豊富な地熱資源を有する日本では、
地熱開発が有望視される一方で温泉への影響を懸念する関係者の反対などもあり、地熱開発をはじめとする取り組みが停滞している。そこで、Agent Based Modeling を活用し、社会的ネットワークにおけるエージェント（人）の行動をモデル化することで、地熱エネル
ギーの社会受容性の熟成プロセスを分析している。

流体に関する地質学的プロセスと災害科学研究
流体移動は沈み込み帯における様々な地質学的プロセスにおいて重要な要素であり、火山活動をはじめとする地殻の変動現象、鉱床形成過程、地熱エネルギー推定、誘発地震発生に大きく影響する。
そこで、地殻内部における流体の実態を理解することが重要であると考え、地震への流体の寄与、熱水破砕とそれに伴う角礫発生機構、地殻における流体フラック推定方法確立、岩石学的観点による地震活動の理解、温泉水に含まれる希土類元素の沈殿挙動の解明など

Fig.1 Field survey in El Salvador (SATREPS)

24 Coexistence Activity Report 2022

As a renewable energy source, geothermal energy has enormous potential
to power our world in a sustainable, reliable, and environmentallyfriendly way. Supercritical geothermal reservoirs (SGRs), formed deep
underground at high temperatures, are a promising technology for future
power generation. We study granite porphyry systems as the natural
analogs for SGRs and investigate the fluid evolution of the magmatichydrothermal system, which helps explore the potential for more energy
and contributes to clarifying the relationship between fluids and induced
earthquakes. Given Japan has abundant geothermal resources but
development continues to stagnate due to social issues such as opposition
from relevant stakeholders, we use agent-based modelling (ABM) to
simulate real-world social network behaviors and analyze social
acceptance (i.e., social license to operate [SLO]).

Fluid-related geological processes
and disaster science
Fluid movement is essential in various geological processes in subduction
zones, such as crustal deformation, ore formation, and energy transfer ingeothermal systems and earthquakes.
We are researching a wide range of geological topics, including thecontribution of fluids to earthquakes, hydrothermal fracturing andbrecciation mechanisms, fluid flux estimations from rock samples,
discovery of seismic activity evidence, and rare-earth mineralizationfrom hot spring water. We combine field observations, laboratory
experiments, and numerical analyses to examine the above topics. Ourlaboratory also conducts disaster science research, such as tsunami

Fig.2 Hand-made equipment of Thermoluminescenceinstalled at the University of El Salvador

Fig.3 Field survey in Lake District, Western Mongolia

カーボンニュートラルの目標を達成するためには、再生可能エネ
ルギー生産や CO2 の回収・利用・貯留（CCUS）に関する新技術の開発が不可欠である。当研究室では、酸性温泉やアルミニウム廃棄物と地熱を利用した地域規模の水素エネルギー製造の応用（秋田県仙北市玉川温泉）と本プロセスのライフサイクルアセスメント ( LCA)
を展開している。また、キレート材を活用して 100℃未満で産業副産物から Ca を選択的かつ効率的に溶出し、価値のある高純度炭酸塩を生成するな CCUS プロセスを開発し、電力会社、ガス会社、製錬会社等での応用を進めている。さらに、天然のキレート剤を用
いて岩石の溶解を促進に関する研究も行っている。

助教 バニー ノビタ
アルビア—ニAssistant Professor

Alviani Vani Novita

助手 山岸 裕幸
Research Associate

Hiroyuki Yamagishi

sediment identification based on big data analysis to estimate tsunami
inundation zones. Furthermore, we are investigating the traceability ofmetal ores and raw materials to ensure the security of metal resources.

Towards a carbon-neutral society:Hydrogen energy and CO2 capture, utilization,and storage
To achieve the goal of carbon neutrality by 2050, the development of newtechnologies for renewable energy production and CO2 capture,utilization, and storage (CCUS) is urgent and essential. Our group is
currently engaged in the application of local-scale green hydrogenproduction projects using acidic hot springs and aluminum waste (e.g.,
Tamagawa Hot Springs, Semboku City, Akita Prefecture). We have also
developed a new CCUS process that uses recyclable chelating agents topromote Ca leaching from industrial byproducts at <100 °C and produces
valuable high-purity carbonates. This process is expected to contributesignificantly to CO2 reduction, and we are promoting its application inelectric power, gas, and smelting companies. In addition, we are also
investigating the use of natural chelating agents to accelerate thedissolution of rocks.

Research Topics in 2022

2022 年 研究テーマ

・天然のキレート剤を用いて加速岩石溶解に関する研究

・Hydrogen production using aluminum waste and hot springs
・Analysis of social acceptance of geothermal energy
・AI for identification of historical tsunami deposits
・Geothermal energy system in the subduction zone and supercritical
geothermal energy
・Construction of seismic activity model by flux analysis of rock–fluid
reaction zone
・CCUS using industrial wastes and recyclable chelating agents・Natural chelating agents for the dissolution of rocks

野外調査

Field Survey

・温泉水と廃アルミニウムによる水素製造

・地熱エネルギー利用の社会受容性解析

・歴史津波堆積物の識別のための AI 開発

・沈み込み帯での地熱資源の形成プロセスと超臨界地熱資源・岩石 - 流体反応帯のフラックス解析による地震活動のモデルの構築
・キレート剤を用いた加速 CO2 鉱物化プロセス

・地熱地帯の探査（エルサルバドル、宇奈月温泉等）
・太平洋沿岸の歴史津波堆積物調査（災害研究）

・温泉地域での温泉利用と S LO 調査

・高圧変成岩地帯の地質調査（モンゴル湖水地方）

Fig.4 Field survey in Unazuki Hot Spring

Department of Environmental Studies for Advanced Society

国際社会が抱えるエネルギー問題、資源問題を複眼的にとらえ、地熱や水素エネルギー、評価技術開発、資源循環、二酸化炭素の迅速削Hiromi Kubota

Assistant Professor

先進社会環境学専攻

・アスティンヌルディアナ・Volcanic area survey (El Salvador, Unazuki Hot Spring)・Historical tsunami deposits (coastline of Pacific Ocean)・Geothermal area survey for utilization and SLO analysis
・Geological survey in high pressure metamorphic terrane(Lake District, Mongolia)

Fig.5 Aragonite production fromindustrial by-products

Fig.6 The tectonic model for the subduction of the Zavkhan
Terrane and the collision
Coexistence Activity Report 202225

環境政策学講座

Environmental Policies

環境・都市エネルギー学分野

Environmental Urban Energy

Toward rapid urban decarbonization

先進社会環境学専攻

速やかな都市の脱炭素化に向けて

准教授 小端 拓郎
Associate Professor

Takuro Kobashi

上昇を 1.5 度未満に抑えるためには一刻の猶予も許されない状況である。幸い太陽光や風力といった再生可能エネルギーが化石燃料より安くなりつつあるため、この再エネを使った脱炭素化がカギを握る。また、急速に普及が進む電気自動車（EV）を、太陽光発電と一緒に活用することで非常に効果的な都市の脱炭素化が可能になる。本研究室では、屋根上太陽光発電と EV を組み合わせて都市の脱炭素化を行う「ソーラー EV シティー構想」の研究を行っている。2022 年は世界の都市（韓国の都市、深圳、ジャカルタ）における Solar EV シティーの研究成果を発表した。また、日本全国の市区町村の解析も行った。

韓国の都市におけるソーラー EV シティー
ソウル国立大学との共同研究により、いくつかの韓国の都市の分析も行った。韓国の都市は、日本の住宅・低層ビルと違ってアパー
トやマンションなどの高層ビルが多い。つまり、日本の大都市型の都市が一般的なため、一人当たり屋根面積や自動車数が小さい。そIn 2022, IPCC sixth assessment reports (AR6) were published, showing that climate change has intensified. To halt global warming within 1.5 °C, we
have to achieve net-zero emission by 2050, which means we have no time left today. Because solar and wind power is increasingly cheaper than fossil
fuels, renewable energy is a key to removing fossil fuels as an energy source. In addition, by using Electric Vehicles (EVs) as a battery for variable
renewable energy, it is possible to reduce CO2 emission in an economically efficient way. Therefore, we have been working on research using rooftop
photovoltaic (PV) and EV (SolarEV City Concept) for urban decarbonization. In 2022, we published our results of the analyses for decarbonization on
South Korean cities, Shenzhen, and Jakarta. In addition, we analyzed all the local municipalities in Japan.

のため、PV + EV の効率も日本の大都市に近いか、それよりも小さいことが分かった。つまり、PV+EV では、対象とする都市に供給できる電力が限られる。しかし、ジェジュ島は、低層の建物が多い
ため日本の地方都市と同様に PV+EVによる脱炭素化の効果が高い。
2022 年 9 月には、ソウル国立大学知能生態科学研究科・共同研究
者の Kang 准教授と、東北大学大学院環境科学研究科学科は、部
局間協定を締結した。また、小端准教授は 12 月にソウル国立大学を訪問し、Kang 准教授の研究グループと意見交換を行った。

ソーラー EV シティー構想
日本や多くのアジアの都市では、人口密度が高く土地が限られているため屋根上太陽光発電（PV）を活用することが、都市の脱炭素化に有効である。しかし、屋根上 PV の普及には様々な課題がある。一つは、PV 発電の変動性であり、大容量 PV を都市の脱炭素化に有効に活用するためにはエネルギー貯蔵が必要になる。そこで、今後、急速な普及が予想される EV を蓄電池として活用することで、PV による脱炭素化の経済性が大きく高まる（より大きなエネ
ルギー経費の節約につながる）。私たち研究グループは、この屋根上
PV と EV を蓄電池として組み合わせて都市レベルで脱炭素化を行

Solar EV city concept
In many Asian cities with high population density, land is limited suchthat utilization of rooftop PV is an important option for urban
decarbonization. However, using rooftop PV generation causes various
problems. One is the variability of PV generation. By using EVs as
storage, the economic efficiency of rooftop PV greatly improves, leading
to greater energy cost savings and CO2 emission reduction. Our researchgroup conducted research on urban decarbonization by combining
rooftop PV and EV as storage to support the "Solar EV City Concept."
We analyzed Sapporo City, Sendai City, Koriyama City, Niigata City,
Kyoto City, Okayama City, Hiroshima City, Tokyo Ward, and Kawasaki
City, while utilizing 70% of the roof area of each entire city. By making

うことを、「ソーラー EV シティー構想」と名付けて研究を進めて中国・深圳におけるソーラー EV シティー中国第 3 の経済都市に成長した深圳は、超高層ビルが建ち並ぶ
大都市となっている。本研究室は、ハルビン工業大学深圳の研究者との共同研究により、この深圳市の分析を行った。深圳は、韓国の都市と同様に屋根上 PV と EV による電力供給は限られるが、電力と自動車からの CO2 排出の 42％程度は削減できることが分かっ

all cars EVs and using half of their batteries as PV storage, we can supply
53-95% of the electricity demand for each city. It was also found to
reduce CO2 emissions by 54-95%. It can also lead to a 26-41% reduction
in energy costs.

Solar EV Cities in Korean cities andShenzhen China
In collaboration with Seoul National University, we also analyzed
several Korean cities. Cities in South Korea have many high-risebuildings such as apartments and condominiums, unlike Japanesehouses and low-rise buildings. In other words, using PV generation
combined with EVs, power that can be supplied to the target city islimited. However, because Jeju Island has many low-rise buildings, theeffect of PV generation combined with EVs is high, similar to regional
cities in Japan.
Shenzhen is the third largest economic city in China. Our laboratory
analyzed Shenzhen through joint research with researchers from theHarbin Institute of Technology Shenzhen. Shenzhen, like South Koreancities, has limited power supply from rooftop PV and EV, but it was
found that about 42% of CO2 emissions from electricity and automobiles
could be reduced. Shenzhen has already electrified all public buses andtaxis. To realize the SolarEV City concept in Shenzhen, where major
Chinese high-tech companies are headquartered, it is necessary tocontinue research in collaboration with companies.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

2022 年は、IPCC から第 6 次評価報告書（AR6）が発表され人為起源の気候変動がますます深刻化していることが示された。世界気温のた。深圳は、すでに全ての公共バスとタクシーが電動化されている。
中国の大手ハイテク企業が、本社を置く深圳において、Solar EV
シティーが実現されるためには、今後も企業等と連携して研究を続けていく必要がある。

Associate Professor Kobashi visited Seoul National University inDecember and exchanged opinions with Associate Professor Kang’s
research group. It is noted that in September, GSES signed an MOU withthe graduate school.

いる。これまで、札幌市、仙台市、郡山市、新潟市、京都市、岡山市、広島市、東京都区部、川崎市などの分析を行い、都市全体の屋根面積の 70％を活用しつつ、全ての自動車を EV とし、そのバッテリーの半分を PV の蓄電池として活用することにより、各都市の 53-95％の電力を供給できる。また、電力消費と自動車からのCO 2 排出の 54-95％を削減できることがわかった。また、エネル
ギーコストの 26-41％の削減に繋がる可能性がある。特に、地方都市においては、一人当たり屋根面積と自動車台数が大きいため、最大 95％近くの CO2 排出削減に繋がる。

Fig.1 Analyzed Korean cities.

26 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 CO2 emission reduction by rooftop PV and EV in Korean Cities.

Fig.3 CO2 emission reduction in Shenzhen, China
by “Base”, “PV only”, and “rooftop PV and EV”.
Coexistence Activity Report 202227

環境政策学講座

Environmental Policies

環境・エネルギー経済学分野

Environmental and Energy Economics

Research for a true sustainable circulation of resourcesfrom a life cycle perspective

教授 松八重 一代

助教 張 政陽Professor

Assistant Professor

Kazuyo Matsubae

源の利活用に向けた技術の社会的評価、資源の持続的管理システムの開発を多岐にわたって行っている。地球規模の気候変動、資源の過剰消費、格差が加速する環境破壊、経済社会矛盾の深刻化などの複合的危機の時代に持続可能な社会を構築するためには、経済活動に伴う食料・
水・資源・エネルギーの需給構造、廃棄物・副産物の量と質の把握、及びそれらに関連する技術、社会経済的事象の全容を理解する必要がある。
これらを踏まえ、真に持続可能な資源循環システムの構築を目指す研究活動をライフサイクル視点から様々なスケールで取り組んでいる。
In this research field, we conduct a wide range of analyses on nutrients and resources that form the basis of our society, such as material flow analysis,
the assessment of environmental impacts related to resource use, social evaluation of technologies for alleviating environmental burdens and utilizing
untapped natural resources, and the systemic development of sustainable resource management. To build a sustainable society in times of multiple crises,
such as global climate change, overconsumption of natural resources, environmental degradation with rising inequalities, and deepening contradictions
between economics and societies, it is vital to understand fully the supply and demand structure of food, water, resources, and energy associated witheconomic activities, the quantity and quality of waste and by-products, and the overall picture of related technologies and socioeconomic events. We
passionately conduct research aimed at building a true sustainable circulation system of resources on different scales from the life cycle perspective.

Zhengyang Zhang

鉱物資源のサプライチェーンリスク最小化に向けて
鉱物資源の採掘から製品の配送に至るまでのサプライチェーンには様々なリスクが付随している。資源の供給制約となり得るリスク要因を踏まえた戦略的な資源管は、鉱物資源の持続的な利用に対して極めて重要な課題である。当研究室は、科学技術振興機構（JST）
未来社会創造事業「鉱物資源のサプライチェーンリスク最小化に向けたリソースロジスティク解析システムの構築（JPMJMI21I5）」に取り組むとともに、「零細及び小規模金採掘における水銀の遺贈」と題した国際的な情報交換イベントを 2022 年 10 月に福岡で開催された「エコバランス国際会議」で行った。イベントでは健全な水銀管理の実現に向け、水銀の使用・貿易ならびに環境への排出削減、そして機械学習や無償衛星画像を活用し金鉱山の違法採掘スポットの発見手法開発に関して討論していた。今後も専門家や有識者、各国・リサイクル新技術の開発と評価
アルミニウムは最もリサイクルされている素材の一つではあるが、現在のスクラップ熔解法では、高品質アルミニウムの生産上有害とされる不純物元素は、リサイクルを重ねるたびに再生アルミニウムの中に蓄積されて次第に含有量が高くなるため、再生アルミニウムの品質低下が避けられない。再生アルミニウムの最終用途は、主に自動車用エンジンブロック鋳造品向きである。世界で進むガソリン
車から電気自動車へのシフトによる脱エンジン化に伴い、アルミニウ
ムの循環構造の破綻が懸念される。このままでは将来的に受け皿のないアルミニウム（デッド・メタル）の大量発生が予想される。この“ アルミニウム危機 ” は、先進国共通の課題であるが、高純度アル
ミニウムに再生できる技術があれば、この危機を克服できる。この度、東北大学工学研究科の朱鴻明教授らのグループと連携し、不純物元
素を大量に含む廃アルミニウムを純アルミニウムに再生でき、多様な
アルミニウム需要へ対応できる世界唯一の技術を開発した。そして、新技術の導入による世界でのアルミニウムの循環構造の変化を解析した。研究成果は英国科学誌 Nature に掲載された。

Fig.1 Global aluminium cycle in 2020 and 2040 (Lu, X., Zhang, Z., et al.
Nature 606, 511–515, 2022. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04748-4)

28 Coexistence Activity Report 2022

Development and evaluation of
new recycling technologies

各域の関係者との連携を強化し、ものづくりの現場で鉱物資源供給

Aluminum (Al) is one of the most recycled and recyclable materials in
use today. The recycling of Al scrap today utilizing remelting techniques
downgrades the quality of the Al because impurities are accumulated in
the recycled Al and their concentration gradually increases every time
the Al scrap is recycled. This downgraded recycled Al is mostly used in
vehicle engine blocks as Al casting alloys. With the global shift fromgasoline vehicles to electric vehicles, the predicted increase in demandfor high-grade Al is expected to be accompanied by a drop in the demand
for low-grade recycled Al. This will lead to an imbalance in Al cycles
and a secondary Al surplus that has become a “dead metal.” Thislooming imbalance in the Al cycle is a common challenge for developed
countries, but rational solutions are available for it. Through thecooperation with Professor Hongmin Zhu’s group from the Graduate
School of Engineering at Tohoku University, we developed the world’s
first and only solid-state electrolysis (SSE) process for upcycling Al
scrap and evaluated the effects of introducing the SSE process to global
Al cycles, with the aim of achieving true sustainability in the Al industry.
The results have been published in Nature (Fig.1).

研究成果の発信と受賞

Fig.2 Group photo at the ASGM event.

リスクの最小化に向けた意思決定支援を行う（Fig.2）。

2022 に我々の研究成果が様々な分野で表彰された。まず、当研究室を率いる松八重一代教授は、持続可能なリン資源管理に向けた
ライフサイクル的思考の分野で優れた業績を上げたため、日本ライフサイクル学会より「功労賞」を受賞した（Fig.3）。また、博士課程
1 年生の王彬澤は、第 4 回環境討論会で発表した電気自動車の普及や自動車軽量化の進展に伴う中国における二次アルミニウム循環の解析が評価され、「最優秀ポスター賞」と「研究科長賞」両方を受賞した（Fig.4）。次に、博士課程 3 年生の Dheanara Pinka は、日本の真珠養殖業の環境影響評価につき、ウィーンで開かれた国際産業エコロジー学会・社会経済的代謝分科会より「最優秀ポスター賞」を受賞した（Fig.5）。さらに、9 月に博士号を取った Aurup Ratan
Dhar は学業成績優秀者として本研究科より表彰された（Fig.6）。

Fig.3 Distinguished Service
Award for Prof. Kazuyo Matsubae

Fig.4 Binze Wang’s award
of merit.

Minimizing supply chain risks ofmineral resources
The supply chain of minerals, from the extraction of resources and the
production of goods through to the distribution of products, isaccompanied by various risks. Strategic resource management in thecontext of risk factors that may constrain the supply of minerals is ofvital importance for the sustainable use of minerals. We have begun aproject titled “Systemic Development of Resource Logistics for
Minimizing Supply Chain Risks of Mineral Resource” (JPMJMI21I5),
funded by the Japan Science and Technology Agency (JST). In addition,
we have co-organized an event titled “Mercury Legacy in Artisanal andSmall-Scale Gold Mining (ASGM)” at the International Conference on
EcoBalance in Fukuoka City in October 2022. International views havebeen exchanged on the issues associated with the use and trade of
mercury, and the development of detection methods for illegal gold
mining to achieve sound management of mercury in the ASGM. We willcontinue to strengthen the cooperation with experts in this field andsupport decision-making to minimize supply risks for minerals inindustries (Fig.2).

Department of Environmental Studies for Advanced Society

本研究分野では、社会の礎となる栄養塩類や資源を巡り、物質循環解析や資源利用に伴う環境影響の評価、環境負荷低減技術と未利用資

先進社会環境学専攻

ライフサイクル視点から真に持続可能な資源循環を目指す研究

Research outcome communication
and awards
In 2022, we enthusiastically presented our research outcomes and wereawarded in several fields. Prof. Kazuyou Matsubae received theDistinguished Service Award for her achievements in the field of life
cycle thinking for sustainable phosphorus management from theInstitute of Life Cycle Assessment of Japan (Fig.3). Binze Wang received
both the Best Poster Award and the Dean’s Award for her excellent
research on China’s secondary aluminum flow analysis at the 4th
Academic Forum on Environmental Studies in the GSES (Fig.4).
Moreover, Dheanara Pinka won one of the five selected for the Best
Poster Award for her presentation on the environmental impact
assessment of Japanese pearl farming at the 14th International Society
for Industrial Ecology Socio-Economic Metabolism (ISIE-SEM)
Conference held in Vienna, Austria (Fig.5). Further, Dr. Aurup Ratan
Dhar received his PhD in September, and he was commended for hisacademic achievement by the GSES (Fig.6)

Fig.5 Dheanara Pinka’s award of merit.

Fig.6 Dr. Aurup Ratan Dhar’saward of merit.

Coexistence Activity Report 202229

環境政策学講座

Environmental Policies

産業エコロジー分野

Industrial Ecology
先進社会環境学専攻

世界のサプライチェーンに内在した環境問題を可視化

准教授 金本 圭一朗

Identifying environmental hotspots from global supply chains

Associate Professor

Keiichiro Kanemoto

り開かれて作られているものもあり、そこに住んでいる動植物を絶滅の危機に晒している。サプライチェーンでの環境負荷は、人間活動が地
球環境を踏みつけてきた足跡になぞらえて、環境フットプリントと呼ばれる。二酸化炭素はカーボンフットプリント、水はウォーターフットプリ
ントなどと呼ばれる。このような様々な環境フットプリントを大規模なコンピュータによる計算で明らかにしようとしている。
Our consumption generates a range of environmental impacts in the production of products and services. For example, some imported soybeans areproduced by clearing forests in Brazil, putting the plants and animals that live there at risk of extinction. The environmental emissions in the supply chain
are called the environmental footprint, analogous to the footprint of human activity trampling on the global environment. Carbon dioxide is called thecarbon footprint, water the water footprint, and so on. We are trying to identify these different environmental footprints through large-scale computer
calculations.

の木材の輸入をすべて停止するわけにはいかない。そこで、インドネ
シアのどこで伐採された木材が種を絶滅の危機に晒しているのかという地理情報をサプライチェーンと組み合わせる研究を行ってきた。
地理情報は絶滅危惧種だけでなく、様々な情報が現在利用可能である。例えば、CO2 排出量、大気汚染物質、森林伐採などもサプ
ライチェーン情報と組み合わせることで、各国の消費による環境影
響を地図化することなどに拡張してきた。

家庭・都市の環境フットプリント分析
各国の環境フットプリントの内大きな割合を家庭の消費が占めて世界規模のサプライチェーンと環境分析
どの製品がどのように各国間をまたいで作られるのかは、各国の産業連関表と呼ばれる経済統計と各国間の貿易統計から作る方法を用いている。そのデータベースは Eora 多地域間産業連関表として公開している。企業などへのヒアリングなどから製品の生産過程を辿るライフサイクル・アセスメント（LCA）と呼ばれる方法もある。
扱う環境問題は多岐に渡り、気候変動、大気汚染、生物多様性、
森林伐採、資源、水、窒素汚染などに関する研究をこれまでに行ってきた。研究は様々な分野の研究者と共同で行うこともある。例えば、大気化学輸送モデルの研究者と各国の消費がサプライチェーン
を通じて引き起こす早期死亡者数を明らかにした。

GIS とサプライチェーン分析
環境フットプリント分析は、各国間の貿易に伴う環境負荷を分析することが多いが、国よりも細かな場所が重要となることも多々ある。例えば、インドネシアから日本への木材の輸出が生物多様性にとって悪いということが分かったとしても、日本はインドネシアから

Fig.1 US biodiversity footprints

30 Coexistence Activity Report 2022

Global supply chains and the environment
We use economic statistics, in particular (multi-regional) input–output
tables, which describe the purchase and sales relationships between
producers and consumers, to understand supply chains. We havedeveloped a global input–output database called the Eora Multiregional
Input–Output Table. Our research interests cover a wide range ofenvironmental issues such as climate change, air pollution, biodiversity,
deforestation, resources, water and nitrogen pollution. Research issometimes carried out in collaboration with researchers from various
disciplines. For example, we have worked with researchers in atmosphericchemical transport modelling to determine the number of premature
deaths caused by consumption in each country through the supply chain.

GIS and supply chain analysis
Environmental footprint analysis is often done at a country level, but a
specific location is more important than the country level is. For
example, if we find that timber exports from Indonesia to Japan are badfor biodiversity, Japan cannot simply stop all timber imports fromIndonesia. Therefore, we have done research to combine geographic
information and supply chains to map where biodiversity hotspots are
threatened in Indonesia.

Fig.2 Deforestation footprint of nations

いる。つまり、ライフスタイルを変えたり、消費活動を変化させると環境負荷を大きく減らす可能性がある。また、いくつかの地球環
境問題は各国間の環境負荷削減交渉が停滞しており、都市や企業などの自発的な行動の重要性が指摘されている。
そこで、各家庭がどのようなライフスタイルをしているのか、そしてどのような消費をしているのかという家庭単位のマイクロ消費デー
タとサプライチェーンに伴う環境負荷のデータを使って、どのような家庭がなぜ大きな環境フットプリントを出しているのかを明らかにする研究を進めている。そして、少数の家庭のライフスタイルや消費活動が問題なのか、それとも多くの家庭のそれらが問題なのかといった疑問にも答えようとしている。
都市は消費活動の中心であり、都市の外側の生産活動に大きな依存をしている。例えば、大部分の電力や農作物が都市部の外で作られて、複雑なサプライチェーンを通じて都市の住民に消費されていることは想像がつく。ただ、都市の環境フットプリントがどれだけで、

Geographical information is not limited to endangered species; a wide
range of information is now available. For example, we have extended
this framework to include CO2 emissions, air pollutants, anddeforestation.

Environmental footprint analysis ofhouseholds and cities
Household consumption accounts for a large proportion of theenvironmental footprint of countries, which means changes in lifestyles
and consumption activities have the potential to reduce environmental
impacts significantly. In addition, several global environmental issues
have stalled negotiations between countries to reduce their environmental
emissions drastically, highlighting the importance of voluntary action
by cities and businesses.
We are therefore conducting research to identify which households andlifestyles produce large environmental footprints by integrating microconsumption data at household level and a supply chain database. We arealso trying to answer the question of whether it is the lifestyles andconsumption activities of a small number of households that are theproblem, or those of many households.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

私たちの消費は、その製品・サービスが作られる過程で様々な環境負荷が排出されている。例えば、輸入された大豆はブラジルで森林を切Cities are the center of consumption activities and are heavily dependent
on production activities outside cities. We can imagine, for example, thatmost electricity and food is produced outside urban areas and consumed
by city residents through complex supply chains. However, we do not
fully understand how much and how to reduce the environmental
footprint of cities. Therefore, we are trying to clarify the environmental
footprint of cities based on the micro-consumption data of each city
resident and the environmental impacts associated with the supply
chain.

どのように都市の環境フットプリントを減らせばよいのかは十分に分
かっていない。そこで、各都市住民のマイクロ消費データとサプライチェーンに伴う環境負荷のデータから、都市の環境フットプリントを明らかにしようとしている。

Fig.3 City-level carbon footprints in Japan

Fig.4 Carbon footprint of 13,000 cities

Coexistence Activity Report 202231

寄附講座（DOWA ホールディングス） Endowed Division (Dowa Holdings Co., Ltd.)
Study of Functional Materials
Study of End of Life Materials Control
Control of Environmental Materials

環境調和型新素材の開発と、持続的な資源循環システムの構築を目指して

DOWA 寄付講座は環境科学研究科と DOWA ホールディングス株式会社の包括的共同研究契約のもと 2004 年に開設した。我々は、工業化と高度消費社会の両方の観点において我々を取り巻く環境問題を解決するべく、・環境負荷低減を目指すエネルギー削減に特化した機能性材料およびそれらを用いた機構構造の創製に関する研究
・循環型社会を構築するべく電子電気機器廃棄物等からの資源リサイクル技術および社会システム構築などに関する研究
・循環の実施に伴って発生する管理すべき物質への対処法の研究

教授 鳥羽 隆一

教授

教授 白鳥 寿一

教授 上高原 理暢

准教授 齋藤 優子

助教 簡 梅芳Professor

Professor

バラチャンドラン
ジャヤデワン

Professor

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Hideyuki
Takahashi

Ryuichi Toba

Professor

Balachandran
Jeyadevan

Toshikazu
Shiratori

パネル（廃 PV）、あるいは 使用済みリチウム電池（廃 LiB）に代表される廃棄物は、今後の大量廃棄が予想されながら我が国では明
確なリサイクルルートが決まっていない状況にある。これらの処理を考える場合には、適切な収集システムと処理技術が必要となる。またそれに加えて、循環資源量の増大のためには、分別等の処理によを研究テーマにして研究活動を推進する。

り発生する金属類やプラスチック類といった素材も二次資源として

The DOWA Holdings Co., Ltd. Sponsored laboratory was inaugurated in FY 2004 and comes under the endowed division of the Graduate School ofEnvironmental Studies. The main study aim of our laboratory is to solve problems of environmental conservation while taking into consideration the
viewpoints of manufacturers and the high-consumption society. Research in this division is categorized mainly into (a) establishing processes ofvaluable material resources released in society and controlling, recycling, and disposing of them efficiently and safely; (b) inventing the preparation offunctional materials that can nurture environmentally friendly engineering applications, such as electronic devices with less impact on the environment;and (c) methods for dealing with substances to be controlled in circulation.

研究室では、適正な制度設計のための基盤研究を実施し、実際に使えるよう、有害物質や忌避物質を除去することが必要である。当
国内で循環する対象物質のフロー調査や分析、情報類型化によりプラットフォームの構築を目指している（Fig.2）。自治体（仙台市や宮城県）との連携や国の検討委員会等への参画を通じ研究推進すると共に、欧米等の最新動向の把握や情報発信にも注力し、グローバ
ルな資源循環に関わる研究も行っている。一方で、我々は研究活動の社会への発信や環境教育にも注力している。講演・セミナーのほ[ 環境材料政策学分野 ]環境調和型材料の開発と応用研究
環境調和型材料を中心とする研究開発、ならびに大学で行われている様々な研究情報収集を通じて、次世代の材料・デバイスの研究
シーズの探索や、大学研究シーズと企業ニーズのマッチングを推進させる、ことを目的とした研究室である。例えば、溶液中に拡散したウィ
ルスや重金属イオンなどは簡単には回収できず、拡散により環境に対して大きな影響を及ぼす。この様な対象に対して、簡単簡便に回収する手法の一つとして磁気ビーズが開発されている。この材料は、Fig.1 に示す様に、特定の官能基等を表面に付着させた磁性粒子の形態を有し、官能基等の種類を変更することで様々な物質を対象とすることが可能である。我々の研究室では、この材料を更に高機能化するために、水溶液中にて金属錯体の状態を制御し、還元反応
電位と速度を制御する技術開発を通じて、低環境負荷で簡単簡便な装置のみを用いて、コアとなる高特性材料を常温で開発することを[ Study of Functional Materials ]Development of Environmentally Friendly
Materials and Their Applications
Our laboratory mainly focuses on the development of environmentallyfriendly materials and their applications. Moreover, we research andmatch academic and company needs. For example, viruses and/or heavy
metal ions, which are widely scattered among environmental conditions,seriously affect by our society because they are difficult to collect. To
solve these problems, magnetic beads were recently developed. As shownin the schematic drawing in Fig.1, the specific functional groups, which
are attached to the new material’s surface, interact with the specificsubstance. In our laboratory, to develop the highly effective magnetic
beads, well-stabilized, high-performance core materials are synthesizedunder room temperature conditions using simple equipment and bycontrolling the reaction potential through the management of the metal
complex condition in an aqueous phase. We are planning to check theseabilities for the collection of various pollutant materials and present theresults in international/domestic conferences beginning next year.

か、宮城県内の小学生を対象とした資源やリサイクルに関する環境
教育も複数回行った。

[ 環境物質政策学分野 ]

環境負荷低減に関わる研究
本分野は、資源開発や製錬事業に係る環境政策の提案にふさわしい環境浄 化・環境修復技術の開発とその展開を進めると共に、
環境調和的な資源開発に貢献する研究開発を進めることを検討している。具体的には、非鉄金属製錬過程の排水中に含まれる金属を、微生物による除去・回収する新しいプロセス開発に取り組みでいる（Fig.3）。

Masanobu
Kamitakahara

Yuko Saito

Mei-Fang Chien[ Study of End-of-Life Materials Control ]Research toward the Construction ofa Recycling-Oriented Society
We are conducting research on recycling in society that focuses on resourcerecycling technologies and social systems for building a recycling-oriented
society. Specifically, wastes such as electrical and electronic scrap,
photovoltaic panel waste, and used lithium batteries, which have the potential
to pollute the environment if not disposed of properly, are expected toundergo mass disposal in the future. However, because a clear strategy has
not been established in Japan, to establish these processes, proper social
systems for collection and processing technologies are required. In addition,
to increase the quantity of secondary materials, it is necessary to remove
harmful, toxic, and repellent substances so that materials such as metals andplastics generated by sorting and other processing can be safely used as
secondary resources. We are conducting basic research to design anappropriate policy and are working to build an informative platform throughflow surveys and analyses of target substances circulating in Japan (Fig.2).
These studies are progressing through collaboration tests with municipalities(Sendai City and Miyagi Prefecture) and participation in national
investigation committees. We also focus on understanding and disseminating
information on the latest trends in the other countries and on conducting
research related to global resource recycling. At the same time, we also focus
on publicizing our research activities and environmental education. In
addition to lectures and seminars, we have conducted several environmental
education programs on resources and recycling for elementary school
students in Miyagi Prefecture.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Towards developing environmental friendly new materials andconstructing sustainable resource recycling systems

教授 高橋 英志

先進社会環境学専攻

環境材料政策学分野
環境循環政策学分野
環境物質政策学分野[ Control of Environmental Materials ]Reducing the Environmental Impact of
Raw Material Production
We kept researching toward proposing environmental policies related to
remediation, especially regarding smelting operations and contributing
to environmentally friendly resource development. Particularly, we are
studying the development of new processes to remove and recover metals
contained in the wastewater produced by the nonferrous metal-smelting
industry using microorganisms (Fig.3).

試みている。今後、本材料を用いて、様々な対象物質を回収可能な材料を開発し、実際に環境負荷物質等の回収試験等を試みる。

[ 環境循環政策学分野 ]循環型社会構築に関わる研究
本分野では、循環型社会を構築する上での資源リサイクル技術およびそれを実現するための社会システムに関する研究を中心に行っている。具体的には、適正に処理されなければ環境を汚染してしまう可能性のある電気・電子製品スクラップ（E-Scrap）や廃太陽光
Fig.1 Schematic drawing of the mechanism of magnetic bead

32 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Building a platform for secondary raw materials

Fig.3 Image of metal recovery by microorganisms

Coexistence Activity Report 2022

33

連携講座

Collaborative Divisions

環境リスク評価学分野（産業技術総合研究所） Environmental Risk Assessment「安全・安心」な地熱エネルギーの利用を目指して
Studies for utilization of safe and secure geothermal energy

Hiroshi Asanuma

学生と連携し研究教育活動を行うとともに、経済産業省、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）、エネルギー・金属鉱物資源機構（JOGMEC）等からの委託を受け研究を実施している。

2021年度から NEDO からの委託を受け、3 年間の計画で国内有望地点での詳細事前評価および調査井の仕様策定等を行い、2020
年代後半における調査井掘削・試験等を通じて超臨界地熱資源の存在実証を目指す。その後、2050 年以降に国内総容量数 10 GW
以上の商用発電を実現し、2050 脱炭素社会の実現やエネルギー
セキュリティの向上に寄与する。

微小地震や自然電磁波による地熱貯留層の高度モニタリング技術開発
本講座では 2015 年以 来、福島県 柳津西山地熱フィールドで、貯留層への涵養注水時の微小地震を連続実施し、これにより、貯留層への注水効果をモニタリングし、貯留層内部の高透水性ゾーンの検出等を実現してきた。これらに加え、2022 年度には地熱貯留層のジオメカニカルモデリングを実施している。また、地熱地帯における自然電磁波を用いた貯留層評価に関する研究も実施している。

Fig.1 Identified model of a supercritical
geothermal system at a Japanese geothermal site

34 Coexistence Activity Report 2022

2021年度から NEDO からの委託を受け、蒸気生産変動の AI に

Research on supercritical geothermal
power generation
Members of this laboratory have been investigating the feasibility of
establishing several tens of gigawatts of power generation in total using
supercritical geothermal resources, which originate in the subduction
layers of oceanic plates, in cooperation with scientists and engineers
worldwide. We are leading a three-year, NEDO-funded project for
detailed modeling and potential evaluation of supercritical geothermal
systems in the most promising area and are formulating drilling andtesting plans. Members of the laboratory aim to contribute directly to acarbon-free society by 2050 through realizing supercritical geothermal
power generation.

Microseismic and magneto-telluric
monitoring of geothermal reservoirs
We have carried out microseismic/microearthquake (MEQ) monitoringof geothermal reservoirs associated with treatment injection at the
Yanaizu-Nishiyama Geothermal Site in Fukushima since 2015 todetermine the reservoir’s response to water injection. We also began
geomechanical modeling of reservoirs to deepen our understanding ofreservoir behavior. Reservoir characterization using naturally existing
electromagnetic waves has also been carried out in the lab.

Fig.2 MT survey of supercritical
geothermal systems

Fig.3 Seismic survey of supercritical
geothermal systems

Research on the proper development ofgeothermal resources

持続的かつ安定した地熱エネルギー生産に寄与する。

Members of this lab started NEDO-funded projects for (a) an AI
monitoring/prediction system for steam production and (b) a visualization
and AI processing system for high-temperature boreholes to establish
stable and sustainable geothermal energy production.

被災地企業の技術支援

Technological support of local industries

よる評価 / 予測技術の開発、および地熱井内部の可視化システム・

The Environmental Risk Assessment (AIST Collaborative Laboratory) team members carried out studies to enhance the safe and secure utilizationof geothermal resources in collaboration with researchers in GSJ, AIST, and GSES at Tohoku University. Major research activities in 2022 included(a) modeling and potential evaluation of subduction-origin “supercritical geothermal systems” based on a geophysical and geological survey;(b) simulation, microseismic monitoring, and rock mechanical studies for monitoring and managing enhanced geothermal systems (EGS); and(c) developing an AI system for stable steam production and reservoir management. Furthermore, we developed technology to simulate industries inareas of Japan stricken by the 2011 earthquake.

を有する超臨界地熱システムを利用した発電の可能性を探ってきた。

適正な地熱開発のための研究開発

AI 画像処理等に関する研究開発を実施している。これらを通じて復興予算を使用して、被災地企業が有する地熱関連技術シーズの実用化支援を実施している。

国際貢献、社会貢献、他研究機関との連携等● 国際貢献We provided technological support for startups in local industries inareas damaged by the 2011 earthquake and tsunami. Geothermal-related
technologies have been commercialized under this scheme.

Contributions to international society
and collaboration with other organizations

ドイツ、米国、イタリア、アイスランド、ニュージーランド等の国立● International contributions

科学掘削プログラム（ICDP）への国際共同提案・WS 開催等。

International contributions have been made with partners in Germany,
the US, Italy, New Zealand, and Iceland, mainly in the area of ultrahigh-temperature geothermal development.

研究所、大学、民間企業との国際共同研究等を実施中。国際陸上● 社会貢献・社会連携

浅沼：環境省委員、福島県温泉部会員、J-DESC 陸上掘削部会執行部委員、JOGMEC 委員、日本地熱学会評議員、同総務委員等● 他研究機関との連携

GFZ、LBNL、LLNL、BNL、SNL、USGS、BRGM、 ベ ル リ ン
自由大学、チューリッヒ工科大学、MIT、PSU、ITB、ISOR 等● 自治体、NPO 等との連携

福島県、宮城県、山形県、郡山市、雲仙市等● 小中学校等との連携● Social contributions
Prof. Asanuma has been a board member of international and domestic
scientific drilling projects. He has also served as an evaluation/advisorycommittee member for governmental agencies and local communities.

● Collaboration with other organizations
The laboratory collaborates with domestic and foreign laboratories,
universities, and industries. Mutual visits, web communication, andjoint publication are actively done.

● Collaboration with local communities

浅沼：中学校でのエネルギー環境教育カリキュラム・教材作成支援

Fig.4 Microseismic monitoring ofgeothermal reservoir

Department of Environmental Studies for Advanced Society郡山市）所属の研究者が兼務し、教育・研究活動を行っている。現在、本講座では先進社会環境学専攻および先端環境創成学専攻の教員・本講座設立以来、国内外の研究者と連携して、沈み込み帯に起源

客員教授 浅沼 宏
Professor

当講座には国立研究開発法人産業技術総合研究所・福島再生可能エネルギー研究所（FREA）
・再生可能エネルギー研究センター（福島県

超臨界地熱発電に関する研究

先進社会環境学専攻(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST))

We have collaborated with local communities, mainly in northeast Japan(Tohoku), in the area of education of children.

Fig.5 Laboratory test of a fiber optic
downhole sensing system

Fig.6 Future model of monitoring of hot
springs with AI-IoT technologies

Coexistence Activity Report 2022

35

都市環境・環境地理学講座
環境地理学分野

Urban Environment and Environmental Geography

Environmental Geography

地理学的視点から多様な
人間－環境関係を解明する
Understanding Diverse Human-Environment Relationships
from Geographical Perspectives

教授 中谷 友樹

准教授 埴淵 知哉

助教 関根 良平

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Tomoki Nakaya

本研究分野では、様々な空間スケールにおいて変化を続ける地域社会の実態を、地理情報科学の分析技法や社会調査、フィールドワークを通して明らかにし、そこに展開する人間－環境関係のあり方や、地域的課題の発生メカニズムについて検討している。ただし、対象を自然環境に限定せず、むしろ社会的に形成されてきた建造環境、社会環境に着目し、健康、犯罪、貧困、食等の地域的課題における人間－環境関
係の地理学的研究を実施している。加えて、地理情報科学における空間統計分析、空間的数理モデル、地理的視覚化、データ融合等に関する諸技法の方法論的研究を行っている。

Tomoya Hanibuchi

Ryohei Sekine

移動（横山ほか 2022）、アクセシビリティ感覚（谷本・埴淵 2022）、
居住満足度（清水ほか 2022）が、いかに地域の諸特性と関連しているかを明らかにした。加えて、全国的な量的調査が難しいとされてきた在日外国人に対して、コロナ禍の生活やワクチン接種に関する Web
調査を実施した（Teng et al. 2022）。また、コロナ禍のもと実施さIn this research group, we study diverse conditions and the changing states of local human societies at various spatial scales; we use spatial-analysis
techniques from geographic information science, social survey methods, and fieldwork to understand the development of human-environment relationships
and the mechanisms that generate local challenges. However, it should be noted that this environment is not limited to the natural environment; rather, we
focus on the built and social environments. We conduct studies on the associations that regional problems (e.g., health, crime, poverty, and food access) havewith the many facets of such environments. In addition, we conduct methodological studies of the analytical techniques that are used in geographic
information sciences, including spatial statistics, spatial mathematical modeling, geographic visualization, and data fusion.

れた 2020 年国勢調査の回答状況について、回答率の都市 - 農村間の地域差が継続してみられることを示した（山本ほか 2022）。

空間解析

Spatial analysis

本研究分野では空間データ解析の技術開発を含む方法論的な研究も実施している。時空間的な COVID-19 の発生傾向を 3 次元的に視覚化する「新型コロナ時空間 3Dマップ」（JX 通信社との共同研究,

健康地理学
本研究分野では、地理的な環境との関連性や社会格差の視点から、健康の地理学的な分析を実施している（Fig.1）。2022 年では、近隣の地理的剥奪とがんの罹患（Kaneko et al., 2022）、がんの生存率（Odani et al., 20222）、精神的健康（Teng, 2022）との関連をる観察研究のレビュー（Motomura et al., 2022）、PM2.5 と死亡リスクの関連（Sawada et al., 2022）など多様な居住地域の環境特性と健康の関連に関する研究成果を得た。福島県の甲状腺がんに関する地理的集積の検討では、統計学的に有意な地理的な患者報告の集積がみられないことを明らかにした（Nakaya et al., 2022）。

調査方法論に関しては、Web 調査により収集した個票データと地域指標を紐づけた地理的マルチレベルデータの構築と分析を進めた。
2020 年に実施した「都市的ライフスタイルの選好に関する地理的社
会調査」（GULP）について、調査方法と結果の概要をまとめた書籍を刊行した（埴淵編 2022）（Fig.2）。同データを用いて、人口の還流

Fig.1 Book cover of “the Atlas of
Health Inequalities in Japan” (Nakaya,
T. and Ito, Y. eds., Springer, 2019)36 Coexistence Activity Report 2022

Fig.3）を継続したほか、関連する時空間伝播のより詳細な可視化

This research lab has conducted a geographical analysis of health interms of its relationship to the geographical environment and the spatialaspects of social inequality (Fig.1). Published studies consider
associations of area deprivation at neighborhood levels with cancer
morbidity (Kaneko et al., 2022), cancer survival (Odani et al., 2022), andmental health of youth (Teng et al., 2022). We also analyzed relationships
between opens space and physical activity as well as sedentary behaviors(Motomura et al., 2022), in addition to PM 2.5 air pollution and various
death risks (Sawadaet al., 2022). We reported that no statisticallysignificant geographic concentrations of thyroid cancer had occurred in
Fukushima Prefecture (Nakaya et al., 2022).

また、人口移動の秘匿措置の補完処理を利用し、COVID-19 流行

Methodology of regional and social surveys
Regarding survey methodology, we proceeded with the construction andanalysis of geographic multilevel data linking individual data collected
through an online survey with regional indicators. We published a bookoutlining the survey methods and results of the Geo-Social survey for
Urban Lifestyle Preferences (GULP) conducted in 2020 (Hanibuchi,
2022; Fig.2). Using the GULP and related data, we clarified the way theinternal return migration (Yokoyama et al., 2022), sense of accessibility

Fig.2 Maps of neighbourhood livability ratingin major Japanese cities (Hanibuchi, 2022)

Fig.3 Screenshot of the COVID-19 Space-time
3D Map (https://nakaya-geolab.com/covid19-stkd/
japan/)

についての報告を行った（中谷・永田 , 2022 ; 瀬戸ほか , 2022）。
の影響を受けた国内人口移動の変化を明らかにした（Kotsubo andNakaya, 2022）（Fig.4）。さらに、大規模な GPS データから歩行量分布を推定する技法を開発した（Nagata et al., 2022）（Fig.5）
他、環境犯罪分析でも景観画像の機械学習技術を利用した新たな方法を提案した（Adachi and Nakaya, 2022）（Fig.6）。

日本農業と農山村地域の構造変動
2022 年は、新型コロナウイルスの感染拡大により、フィールドワー
クを伴う研究の遂行は極めて困難となった。そのため、2021 年度から逐次公表されはじめた 2020 年度農林業センサスを使用して、日本および東北地方の農業と農山村地域の構造変動についてデータの分析を開始した。また、沖縄県東村における世界自然遺産の登録、およびそれを利用したツーリズムを支える域外からの移住者にみられる特徴について考察した（関根 2022）。これは COVID-19 の感

Structural changes in agriculture andrural areas in JapanDue to the COVID-19 pandemic, carrying out fieldwork became
extremely difficult. We therefore began to analyze data on the structuralchanges in agriculture and rural areas in Japan and the Tohoku region
using the 2020 Census of Agriculture and Forestry. In addition, thecharacteristics observed in out-of-area migrants supporting World
Natural Heritage tourism in Higashi-Mura, Okinawa Prefecture, werediscussed (Sekine, 2022). This is based on a survey conducted prior to
the spread of COVID-19.

染拡大以前に調査を実施した内容に基づいている。

Fig.4 Circular plots of estimated net
migration flows among seven area groups
in Japan (Kotsubo and Nakaya, 2022)

Fig.5 Distribution of step counts estimated fromGPS trajectory data in Sendai (A: weekdays, B:
weekends and holidays) (Nagata et al., 2022)

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

地域・社会調査の方法論

Health geographies

This lab carries out methodological research to develop new techniques
for spatial data analysis with their empirical applications. Whilecontinuing to update and disseminate the “COVID-19 Space-Time 3D
Map” (Fig.3), in collaboration with JX PRESS Corporation, we publishedan article about technical developments of 3D space-time visualizationof infection (Nakaya and Nagata, 2022; Seto et al., 2022). With the helpof iterative proportional fitting, we identified major changes in internalmigration patterns affected by the COVID-19 pandemic (Kotsubo andNakaya, 2022; Fig.4). Further, a novel technique was developed toestimate the distribution of walking volumes from large-scale GPS data
(Nagata et al., 2022; Fig.5). Finally, a novel environmental crime
analysis was proposed that involves using landscape imagery andmachine learning (Adachi and Nakaya, 2022; Fig.6).

先端環境創成学専攻

報告した。また、オープンスペースと運動・座位行動との関連に関す(Tanimoto and Hanibuchi, 2022), and residential satisfaction (Shimizu
et al., 2022) are associated with various regional or neighborhood
characteristics. In addition, we conducted an online survey on daily life
during the COVID-19 pandemic and vaccination intention among
immigrants living in Japan, which has been considered difficult
information to acquire on a nationwide scale (Teng et al., 2022). We also
analyzed the responses to the 2020 Population Census conducted under
the COVID-19 and found that the urban–rural differences in the response
rates were consistent over the past decade (Yamamoto et al., 2022).

Fig.6 Streetscape images for demonstrating the relationshipbetween the amount of vegetation and the risk of theft fromvehicle (TFV) (Adachi and Nakaya, 2022)
Coexistence Activity Report 202237

太陽地球システム・エネルギー学講座

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

資源利用プロセス学分野 / 資源分離・処理プロセス学分野
Process Engineering for Advanced Resources Utilization/ Resource Processing and Recovery Engineering

資源の高度利用・環境保全のためのプロセス研究
Process Engineering Research for Advanced Resource Utilizationand Environmental Conservation

教授 葛西 栄輝

准教授 村上 太一

Professor

Associate Professor

Eiki Kasai

本研究室では、社会的インパクトが大きい基幹素材の製造やリサイクルプロセスに対して、高効率化と低環境負荷化を同時達成可能な革新的技術原理の探索を目的としている。特に高温反応が関与する製銑プロセス（Fig.1）において、基礎から実機レベルに至る幅広いテーマについて研究を推進している。例えば、低品位化、劣質化する製鉄原料への対応技術や、製鉄プロセスのカーボンニュートラル化およびゼロカーボン化に関する研究を行っている。さらに、多孔質鉄材料の酸化還元反応を用いた水素製造や自己治癒セラミックス等に関する研究開発も行っている。
The laboratory aims to develop innovative technological principles leading to simultaneous achievements of higher process efficiency and lower
environmental load in the manufacturing and recycling processes of base materials, which will have a significant influence on our future society. The
laboratory investigates a wide range of research from fundamental to practical levels of the ironmaking process (Fig.1), such as efficient utilization of
low-grade iron ore resources and carbon-neutral and zero-carbon ironmaking technologies. Further, the laboratory performed research and development
related to self-healing ceramics and the fabrication of hydrogen by redox reaction using porous iron materials.

Taichi Murakami

助教 丸岡 大佑Assistant Professor

Daisuke Maruoka

パックセメンテーション法を用いたアルミナイジン
グによる耐高温酸化性鉄基蓄熱体の開発
化石燃料由来の CO2 排出量削減のため、一貫製鉄所などの大規模工場から排出される未利用排熱を利用した新規バイオマス炭化改質プロセスを提案し、要素技術について検討を行っている。
排熱は金属球蓄熱体との熱交換により回収し、バイオマスと共に金属球を回転炉に装入することにより、炭化と粉砕が同時に進行する。蓄熱体としては、蓄熱容量、強度および耐熱性などから、磁気変態点での潜熱利用が期待できる Fe-Mn-C 系合金が有望である
が、耐酸化性は十分とは言えない。Al 添加はこの合金系の耐酸化

次世代水素富化高炉におけるペレットの低温還元粉化挙動の解明
鉄鋼業は日本全体の CO2 排出量の約14% を占める。なかでも高炉は CO2 排出量が最も多く、その削減が与える影響は大きい。そのため、水素ガスを還元材として利用する革新的な技術開発が進められている。水素濃度の上昇による高炉操業上の懸念の一つとして、
低温還元粉化現象の助長が考えられる。低温還元粉化は、400 ～
衝撃や荷重により粉化する現象である。本年は、ペレットの還元粉化挙動に及ぼすガス組成の影響を調査し、粉化機構を明らかにすることを目的とした。
ペレットの還元は、Fig.2 に示す装置内に設置し、500℃ , 60 minの条件で行った。還元ガス組成は N2 -20％ CO-20% CO2 ( 0%H 2)
および N 2 -12% CO-8% H2 -17.7% CO2 -2.3% H 2O (8%H 2) の2 条
ことにより、粒度分布を求めた。
Fig.3 に実験試料の粒度分布を示す。両条件ともに 8.0 mm 以
上の粗粒と 0.5 mm 以下の微粉の割合が 高いが、8%H 2 条 件が0% H 2 よりも還元粉化が進行することが分かる。前者の条件で還元したペレットの表面付近には、多くの微細き裂の発生が認められ、このことが還元粉化進行の要因になったものと考えられる。

Fig.1 Strategy to reduce CO2 emissions
from the ironmaking processes.

38 Coexistence Activity Report 2022

Pellet samples were put in the experimental apparatus shown in Fig.2,
and reduced at 500 °C for 60 min. The gas composition is N2 -20%CO20%CO2 (0%H 2) or N2 -12%CO-8%H 2 -17.7%CO2 -2.3%H 2O (8%H 2).
Disintegration test was conducted for the reduced samples by using
tumbling drum for 30 min, and then the samples were sieved to obtain
their particle size distribution.

可能性がある。そこで Fig.4 に示すようなパックセメンテーション法により、AlCl3 ガスを使用して合金表面へ Al を拡散浸透（アルミナイジング）させる手法を検討している。本年は Fe-Mn-C 合金のアルミナイジングによる高温耐酸化性に対するアルミナイジング条
件の影響について検討した。
Fe-Mn-C 合 金 試 料 を 98mass%Al2O3 -1%NH3Cl-1%Al 混 合
粉末とともにアルミナるつぼ内に密封し、還 元性雰囲気中、700900℃、3-12 h のアルミナイジング処理を行った。その後、得られた試料を 1000℃、大気条件で熱処理した。Fig.5 に示すように、
800 及び 900℃のアルミナイジングにより極めて良好な耐高温酸化性が得られた。アルミナイジング処理後の試料断面観察（Fig.6）において、700℃, 12h では観察されないが、900℃ , 6 h の条件ではFeAl2 層が認められる。900℃, 6 h の条件でアルミナイジング処理
した試料において、1000℃の熱処理後に厚さ 200 µm 程度の緻密な Al2O3 層が観察され、これが酸素の拡散を抑制したものと考えられる。現在は、蓄熱性と耐高温酸化性の両立を目指した合金の開発を進めている。

Fig.3 shows particle size distribution of the samples after thedisintegration test. In both conditions, the weight ratios of coarse grains
larger than 8.0 mm and fine grains smaller than 0.5 mm are high,Fig.2 Schematic diagram forreduction experiment apparatus.

Fig.3 Particle size distribution of the pellet
sample after reduction disintegration test.

Fig.4 Schematic illustration of aluminizing
applying pack cementation method.

To reduce CO2 emissions from fossil fuels, an innovative carbonization/
reformation process of utilizing biomass waste heat discharged by largescale factories has been proposed and its elemental technologies were
examined.
Waste heat is recovered by heat exchange using metallic balls of heatstorage material (HSM). They are charged into a rotary furnace withbiomass and then simultaneous carbonization and pulverization of
biomass proceeds. Fe-Mn-C is a promising alloy system as HSM,
considering its strength and heat storage properties, because utilizationof the latent heat of magnetic transformation can be expected. However,its oxidation resistance is not sufficient. Therefore, the treatment ofdiffusion penetration (aluminizing) of Al into the alloy surface using
AlCl 3 gas by a pack cementation method as shown in Fig.4 is proposed.
In this year, the effect of aluminizing conditions on the high-temperatureoxidation resistance of Fe-Mn-C alloys has been examined.
Fe-Mn-C alloy samples were charged with powder mixture of
98mass%Al 2O3-1%NH4Cl-1%Al into a sealed alumina crucible, andaluminizing treatment was performed in a reducing atmosphere ranging
from 700 to 900°C for 3-12 h. Obtained samples were heat-treated at
1000°C in air. Extremely good high-temperature oxidation resistance isobtained by samples aluminized at 800 and 900°C as shown in Fig.5. In
the cross-sectional observation of the sample after aluminizing treatment,
as shown in Fig. 6, the FeAl 2 layer is observed at 900°C for 6 h, whereas
it is not observed at 700°C for 12 h. In the sample aluminized at 900°C for
6 h, the formation of a dense Al 2O3 layer 200-µm thick is observed after
heat treatment at 1000°C and the dense Al 2O3 layer suppresses the
diffusion of oxygen. Currently, we continue to develop the alloys thatcombine both high heat storage property and high-temperature oxidation
resistance.

Fig.5 TG profiles of samples after
aluminizing under different conditions.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

件とした。還元試料は転動ドラム内で 30 min 回転した後、篩分する

The iron and steel industry accounts for about 14% of the total CO2
emissions of Japan. The emissions from blast furnaces are especiallylarge, and therefore, reducing emissions is an urgent issue. Therefore,
innovative technologies utilizing hydrogen gas as a major reductant are
being developed. One of the concerns regarding blast furnace operations
caused by the increase in hydrogen concentration is that “low-temperature
reduction disintegration” phenomena become remarkable. Lowtemperature reduction disintegration occurs between 400 and 700°C bycrack formation due to reduction of hematite to magnetite, and fineparticles are generated by the impact and load in the blast furnace. In thisyear, we have examined the behaviors of iron ore pellet under simulated
blast furnace conditions with high hydrogen gas concentration.

性向上に有効であるが、合金組成の変化は潜熱量の減少をもたらす

Development of High-Temperature, OxidationResistant, Iron-Based Heat Storage Materials by
Aluminizing Using the Pack Cementation Method

先端環境創成学専攻

700℃の低温領域において鉱石の還元によりき裂が生じ、高炉内のInvestigation of Low Temperature Reduction
Disintegration Behaviors of Iron Ore Pellet in a
Next-generation High-hydrogen Blast Furnace

although the reduction disintegration proceeded further under thecondition of 8%H 2 than it did under that of 0%H 2 . Formation of manyfine cracks was observed at the vicinity of the surface to be reduced
under the former condition, and it seems to cause its significant reduction
disintegration.

Fig.6 Cross sectional SEM images ofsamples after aluminizing at (a) 700°C
for 12 h and (b) 900°C for 6 h.
Coexistence Activity Report 202239

太陽地球システム・エネルギー学講座
地球システム計測学分野

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Earth System Monitoring and Instrumentation

大気中のオゾン等微量成分の変動の研究
Variations of ozone and related trace species in the atmosphere

准教授 村田 功
Associate Professor

Isao Murata

当研究室では、「グローバルな大気環境変動」をキーワードに、オゾン減少問題や地球温暖化など、地球規模の環境変動に関わる大気中の微量成分の観測的研究を行っている。2022 年は、つくばにおけるフーリエ変換型分光器（FTIR）観測による ClONO2、メタン同位体等の高度分布導出を行った。また、南極・昭和基地における大気重力波の気球観測を行った。
Height profiles of ClONO2 and some isotopes of methane were retrieved from the spectra observed with a Fourier transform infrared spectrometer(FTIR) at Tsukuba. Balloon measurements for atmospheric gravity wave were performed at Syowa station, Antarctica.

用した研究は主にサンプリングデータの高精度な分析によって発展してきた。一方、赤外分光では絶対量の少ない同位体でも吸収強度の強い吸収線を用いれば解析は可能であるが、吸収線の強度などに数 % 程度の不確定性があることが多く、‰単位の微少な絶対値を精度よく求めることは難しい。しかし、同位体比の相対的な変動は% オーダーであることも多く、吸収線強度の不確定性はバイアスとして全てのデータに同様に効くため相対変動には影響しない。そこで、

我々は 国 立 環 境 研 究 所との 共 同 研 究として、 つくばにおける
FTIR による観 測を 1998 年より行っている。FTIR では太陽光の2-15 μm の赤外領域のスペクトルから大気中の多くの微量成分の高度分布等を調べることができる。同様の観測を行っている国際的な研究グループ NDACC/IRWG (Network for the Detectionof Atmospheric Composition Change/Infrared Working
Group) では、各観測ステーションの結果を総合して地球規模の変動要因を解明する研究を進めており、これまでにも HCl、HCHO等についての論 文を共同で 発表している。今年は OCS の経年変化に関する論 文 (Hannigan et al., 2022) が出版された。また、
ClONO2 やメタン同位体の解析を行った。
安定な成分である。中緯度の成層圏では両者の和がほぼ塩素化合物の総量となり、フロン規制による成層圏塩素量の減少傾向のモニタ
リングに重要である。ClONO2 の吸収線は 12.8 µm 付近にあるが非常に吸収が弱く解析が難しいため、つくばではこれまで解析していなかった。今回、ベルギーの研究グループの協力で解析パラメー
タの最適化を行い、カラム全量を導出した。図 1 に 2021 年 1 月の吸収は 780.2 cm -1 付近にありかなり弱いが、上部に示した残差を見ると比較的精度良くフィッティングできていることが分かる。今後
も ClONO2 の導出は継続的に進めていく予定である。
大気中の分子の水素、炭素、酸素等の同位体比は、その発生源や経由した化学反応によって異なる。そのため同位体比を観測することでその成分の履歴に関する情報が得られる。ただし、同位体比を求めるには高精度な観測が必要で、これまで大気中の同位体を利Fig.1 Fitting result for ClONO2 from the spectrum
observed on Jan. 25, 2021.

40 Coexistence Activity Report 2022

Atmospheric species from different sources have different isotope ratios
due to bioactivity, etc. In addition, chemical reactions sometimes cause
isotopes to fractionate. Therefore, we can obtain information for sourcesor chemical processes from observed isotope anomalies. Usually, theisotope anomalies are very small (in the order of permille) and accurate
measurements such as sampling are needed. There are few measurementswith infrared spectroscopy because the uncertainties of the absorption
intensities are usually as large as percent or more. But the variations ofisotope anomalies sometimes show values in the order of percent ormore and the uncertainty of the absorption intensity does not affect

ずはメタンについて検討を始めた。メタンには 12CH4 の他に 13CH4 、
12

CH3 D といった安定同位体が存在する。図 2 に 8 µm 帯の波数領域で 13CH4 を解析してみたフィッティングの結果を示す。13CH4 の吸収は 1234.2 cm -1 付近にある比較的強いものでうまくフィッティン
グできている。12CH3 D についても解析は始めているが、こちらは強い吸収線がまだ見つかっていないので、解析に適した波数領域の探索から進めていく予定である。
村田は昨年 11 月から今年 3 月まで第 63 次南極地域観測隊に夏隊員として参加し、スーパープレッシャー気球を用いた大気重力波の観測を行った。大気重力波は、大気中の運動量輸送を担い、中層大気の子午面循環の駆動を通じて成層圏・中間圏の温度・物質分布の決定に重要な役割を果たす。しかし、南極地域では大気重力波の観測情報が不十分である。スーパープレッシャー気球は一定高度（今回は 18 km）を長期間浮遊することが可能で、2 次元風速と気圧の観測により重力波の運動量輸送を全周波数帯域で定量的に測定でき、その水平分布もとらえることができる。これを昭和基地の PANSY
レーダー観測および最新の気象再解析データと組み合わせることにより、大気重力波による運動量輸送の 3 次元的描像を捉えることが目的である。今回は観測手法の確立が主目的で、3 回の放球を行いAssociate Professor Murata serves as an evaluation committee member
for the Center for Health and Environment, Miyagi Prefectural
Government, and he attended four committee meetings. He also serves
as a member of the environmental assessment technology examinationcommittee, Miyagi Prefectural Government, and he attended eight
committee meetings.

いずれも 18 km 付近での水平浮遊に成功した。図 3、4 に 1 回目の放球の様子と放球メンバーの写真を示す。
村田は 2015 年から宮城県保健環境センターの評価委員をしており、今年も 4 回の評価委員会に出席して県保健環境センターが行っている研究の評価を行った。また、2020 年から宮城県環境影響評
価技術審査会委員となり、近年申請の増えている風力発電事業を中心に 8 回の審査会に出席した。

Fig.2 Fitting result for 13CH4 from the spectra observed in 2021.

Fig.3 The first launch on January 6.
(Photo by Noriyuki Takeyoshi, JARE63)

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

25 日に観測したスペクトルのフィッティングの例を示す。ClONO2

ClONO2 is a reservoir of chlorine containing species together with HCl.
The sum of the two species almost becomes the total abundance of thechlorine-containing species in the stratosphere of the mid-latitudes andis important to the monitoring of the decrease of the stratosphericchlorine according to the Montreal protocol. Absorption lines of ClONO2
exist at 12.8 µm, but they are very weak. The retrieval was performed
using parameters for Jungfraujoch (E. Mahieu, personal communication)
as a reference. Fig. 1 shows a fitting result for ClONO2 from the spectrum
at 779.30–780.60 cm-1 observed on January 25, 2021. The weak absorptionof ClONO2 can be seen at 780.2 cm-1 and the residuals show that the
spectrum was fitted well. We will continue the retrieval in the future.

相対的な変動であれば赤外分光でも観測可能ではないかと考え、まAssociate Professor Murata participated in the 63rd Japanese Antarctic
Research Expedition as a summer member from November 2021 toMarch 2022 and carried out the observation of atmospheric gravity
waves with a super-pressure balloon. Atmospheric gravity waves
transport momentum in the atmosphere and play an important role indetermining temperature and material distribution through driving themeridional circulation in the middle atmosphere. However, theobservational constraint on the momentum transport due to gravity
waves is insufficient in the Antarctic. The super-pressure balloon canstay at a certain altitude (18 km at this time) for a long duration andobserve momentum transport due to gravity waves in all frequency
bands, and its horizontal distribution is clarified as well. By combining
it with the PANSY radar observation at Syowa station and the state-ofthe-art meteorological reanalysis data, a 3D picture of momentum
transport due to gravity waves is acquired, which contributes to theimprovement of future predictions made by the climate model. Threeballoons were successfully launched from Syowa Station in January andFebruary, followed by a level flight at an altitude of 18 km. Fig. 3 and 4
show the first launch on January 6 and a group photo of the launch
members, respectively.

先端環境創成学専攻

ClONO2 は HCl とともに塩素のリザーバー分子と呼ばれる比較的In collaboration with the National Institute for Environmental Studies,
we have been investigating the temporal and spatial variations ofatmospheric trace species with solar infrared spectroscopy using FTIR
at Tsukuba since 1998. We have contributed to the activity of the
Network for the Detection of Atmospheric Composition Change/
Infrared Working Group (NDACC/IRWG) and collaborated on HCl,
HCHO, and so on. In 2022, a paper on the temporal variation of OCS(Hannigan et al., 2022) was published. ClONO2 and some isotopes ofmethane were newly analyzed.

relative changes. Therefore, we can measure the relative changes of theisotope anomalies with infrared spectroscopy. We recently began the
retrieval of isotopes of methane. Methane has isotopes such as 12CH4 ,
13
CH4 , and 12CH 3D. Fig.2 shows a fitting result for 13CH4 from the spectrain the 8-µm region. As for 12CH 3D, we are searching for adequate
wavenumber regions to fit.

Fig.4 Group photo of the launch members.
(Photo by Kentaro Baba, JARE63)
Coexistence Activity Report 202241

太陽地球システム・エネルギー学講座
水資源システム学分野

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Urban and Regional Environmental Systems

水資源と水環境に関する研究
Researches on Water Resources and Environments

准教授 久保田 健吾

教授 李 玉友

教授 佐野 大輔准教授 小森 大輔

Associate Professor

Professor （協力教員）

Professor

Associate Professor

Kengo Kubota

水資源システム学分野では、世界の水問題を解決することを目指し、以下の研究に取り組んでいる。
1）脱炭素型下水処理システムの開発

4 ）地球温暖化と林業の衰退など森林の荒廃による流木発生メカニズムの解明
5）環境バイオテクノロジーを用いた排水・廃棄物処理と微生物群集の解明
Our research topics in 2022 were as follow:
1) Development of a self-sustainable sewage treatment system
2) Development of an early warning system for COVID-19 centered on wastewater-based epidemiology3) Development of evaluation approaches for the effect of climate change and land utilization change on natural environments
4) Mechanisms of flood wood generation caused by global warming and forest industry declination
5) Waste and wastewater treatment using environmental biotechnologies and microbial community analysis

である。微生物によって駆動される処理プロセスにおいて、微生物群の理解は限定的である。原核生物の解析は古くは分離・培養を泥についても 1–15% 程度しか培養できないと言われている。そこ
で培養に依らない微生物の解析方法として分子生物学的手法が導入された。これにより、従来ブラックボックスであった生物学的処
理プロセスの解明が進んでいる。本研究室では、日本の下水処理
活性汚泥の微生物群集構造およびコア微生物群を明らかにするために、原核生物の 16S rRNA 遺伝子を標的として解析をおこなった。
の種が存在していると推察された。門レベルの微生物群集構造ではProteobacteria (Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Deltaproteobacteria が 主 ) と Bacteroidetes が 優 占して い ることを明らかにした。この他に、Acidobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Nitrospirae、Patescibacteria が 平均
して 1% 以上存在していた。またコア微生物群として全サンプルに共通して見られる属レベルの OTU は 32 であり、相対存在率の約25% を占めた。コア微生物群を世界各地の活性汚泥と比較したところ、共通性が一部見られるものの、多くは日本の下水処理活性汚泥に独自なものであることがわかった。
また 活 性 汚 泥内に存 在する Patescibacteria についてより詳
細な研究を行った。Patescibacteria の細胞サイズが小さいという特 徴を活かし、活性汚泥サンプルを孔径 0.22 µm で濾 過してから解 析 することで、Patescibacteria に 属 する 微 生 物 の 相 対存在率を 10 倍以上にすることができた。活性汚泥中に見られる性を明らかにすることができた。またメタゲノム解析を行うことで、
Patescibacteria に属する微生物の bins を回収することができ、

sludge, which had been overlooked so far. The metagenomic analysis
also revealed the diversity of Patescibacteria in activated sludge. We
were able to recover bins of Patescibacteria, and obtained basic
knowledge that may contribute to the elucidation of the physiology andecology of Patescibacteria in an activated sludge ecosystem.

Patescibacteria のゲノムアプローチによる生理生態解明に寄与しうる基礎的な知見が得られた。

Understanding activated sludge
microbiome
Biological wastewater treatment is one of the core technologies in sewer
systems. Treatment processes are driven by microorganisms, but our
understanding of the sewage-treating microbiome is limited. Analysis ofprokaryotes has traditionally involved isolation and cultivation, but the
majority of microorganisms are in fact difficult to cultivate, and it is said
that only 1-15% of microorganisms in activated sludge can be cultured.
Molecular biological techniques have been introduced as a cultureindependent approach for analyzing environmental microorganisms.
Our laboratory investigated the microbial community and coremicroorganisms in activated sludge in Japanese sewage treatment plants.
We estimated that there are 400-1,100 genera and 600-1,500 species in
activated sludge. The community structure at the phylum level revealed
that Proteobacteria (Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, andDeltaproteobacteria) and Bacteroidetes were dominant. In addition,
Acidobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Nitrospirae,
and Patescibacteria were present at an average rate of more than 1%.
There were 32 genus-level operational taxonomic units common to all
samples as core microbiota, accounting for approximately 25% of therelative abundance. Some members of the core microorganisms inJapanese activated sludge were identical to those found from activatedsludge in other countries, but most of the core microorganisms wereunique to Japanese activated sludge.

Fig.1 Activated sludge bioprocess in a sewage treatment plant.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

その結果、下水処理活性汚泥には 400–1,100 の属、600–1,500

Patescibacteria の Operational Taxonomic Unit ( 97% 相同

先端環境創成学専攻

伴っていたが、微生物の大部分は人為的な培養が難しく、活性汚

Daisuke Komori

過ごされていた活性汚泥中における Patescibacteria の多種多様

3）気候変動と土地利用変化が自然環境に与える影響評価手法の開発

生物学的廃水処理は、下水道システムにおける中核技術の 1 つ

Daisuke Sano性 ) の数はサイズ分画処理を行うことで約 6 倍になり、これまで見2 ) 下水疫学的アプローチによる COVID-19 早期検知システムの構築

下水処理活性汚泥の微生物群集の解明にむけて

Yu-You Li

We also conducted detailed investigation of Patescibacteria present in
activated sludge. By taking an advantage of the small cell size ofPatescibacteria, we filtered activated sludge samples through a 0.45-µm
pore size filter before analysis. It was found that the relative abundanceof Patescibacteria increased more than 10-fold. The number ofoperational taxonomic units (97% sequence identity) of Patescibacteria
found in activated sludge increased about six-fold after size-fractionation
treatment, revealing the greater diversity of Patescibacteria in activatedFig.2 Microorganisms in activated sludge.

42 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 202243

自然共生システム学講座

Environmentally Benign Systems

資源再生プロセス学分野

Recycling Chemistry

資源・物質循環型社会の実現を目指して
Aiming for a Resource Circulation Society

教授 吉岡 敏明

准教授 亀田 知人

准教授 齋藤 優子

助教 熊谷 将吾

Professor

Associate Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Toshiaki Yoshioka

当研究室は、資源・物質循環型社会の実現を目指し廃棄物・排水・排ガスの新しい化学リサイクルプロセスや処理プロセスの開発を行っている。

Tomohito Kameda

Yuko Saito

Shogo Kumagai◇ 受賞 ( 計 13 件 )◇ 基調・招待講演 ( 計 24 件 )難リサイクル性の高分子廃棄物に様々な化学的アプローチを駆使することで、天然資源を代替する資源に転換するプロセスの開発を行ってい・令和 4 年度文部科学大臣表彰若手科学者賞（熊谷将吾）

る。また、排水や排ガスの中には資源として有用な化合物が含まれたまま排出されているものがあり、排水や排ガスに含まれる有価物を粘土・一般社団法人廃棄物資源循環学会奨励賞（齋藤優子）

・Ideas and strategies for making plastic a sustainable material (OECDWorkshop on Flexible Food Grade Packing-Economic, Regulatory orTechnical Barriers to Sustainable Design from Chemicals Perspective)

例えば、種々プラスチック、木質バイオマス、金属、添加剤等が複雑に複合化された高分子廃棄物のリサイクルは極めて困難である。そこで、化合物を用いて選択的に回収している。粘土化合物は再生して再利用する循環型の排水・排ガスの浄化プロセスを開発している。
In our laboratory, with the goal to realize a resource circulation society, we are developing novel chemical recycling processes for solid wastes as wellas treatment methods for discharged water and gas. For example, the recycling of polymer waste has been known to be extremely difficult due to thecomplex combinations of different kinds of plastics, woody biomasses, metals, or additives. Therefore, with a variety of chemical approaches, we aredeveloping the processes to convert polymeric wastes into useful resources that could replace natural resources. In addition, waste water and gas aredischarged containing many valuable compounds. We selectively recover these useful substances by clay materials. In addition, we are developing
eco-recycling processes to regenerate and reuse the clay materials.

・11th International Symposium on Feedstock Recyclingof Polymeric Materials 2022
The Best Oral Presentation Award（森田 , 謝勝禹）
The Best Poster Award（邵珠沢）・無機マテリアル学会第145 回学術講演会優秀公演奨励賞（楊心怡）・第 4 回環境化学討論会 優秀賞（森田宜典）
・第 33 回廃棄物資源循環学会研究発表会（梁川治暉）
・第 9 回高分子学会グリーンケミストリー研究会シンポジウム、
第 23 回プラスチックリサイクル科学研究会討論会合同発表会

・プラスチックの持続可能な資源循環と海洋流出制御に向けたシス・Comprehensive study on the system development of plastics for sustainable
resource circulation and control of leakage into the ocean (Fig.1)
・Systematization of halogen control technologies toward environmental
impact reduction (Fig.2)
・Selective adsorption of CO2 using layered double hydroxides/oxides
and reaction system development of useful chemical synthesis fromadsorbed material (Fig.3)
・Highly efficient utilization of carbon resources by the control ofpyrolytic synergistic interactions during co-pyrolysis (Fig.4)
・Chemical feedstock recovery through pyrolysis of plastics, biomass,
rubber, and crude oil・Material separation from thin cables in used wire harness by combined
physical and chemical processes
・Study on the characterization of the UV aging of PV module encapsulant
・Development of an electrodialysis process for chlorine cycling ofchlorine-containing resins
・Debromination of brominated flame retardants in waste printed-circuitboards・Synthesis of linear and cyclic sulfonic-acid-modified layered doublehydroxides and their adsorption properties
・Functionalization of Tix Zr(1-x) O2 as an adsorbent using surface base sites
・Study of lactic acid adsorption for culture medium treatment
・Synthesis of layered double oxides with high specific surface area andanion adsorption properties

テム構築に関する総合的研究 (Fig.1)
・環境インパクト低減に向けたハロゲン制御技術の体系化（Fig.2）
・層状複水酸化物及び Ti,Zr,Ce 酸化物による CO2 の選択的吸着
および吸着後材料からの有用化学品合成の反応系の開発（Fig.3）
・共熱分解シナジー効果制御による有機炭素資源利用高度化（Fig.4）
・熱分解法によるプラスチック、バイオマス、ゴム、石油資源等有機炭素資源の化学原料化
・使用済みハーネスの被覆樹脂および銅のリサイクルに向けた剥離技術の開発
・太陽電池モジュール封止材の紫外線劣化解析
・含塩素樹脂の塩素循環に向けた電気透析プロセスの開発
・廃電子基板に含まれる臭素系難燃剤の湿式脱臭素処理
直鎖及び環状スルホン酸で修飾された層状複水酸化物の合成とフェノール類の吸着特性
・TixZr(1-x)O2 の表面塩基点を利用した吸着剤としての機能化
・乳酸吸着剤を用いた培地再生処理・高比表面積層状複酸化物の合成とアニオンの吸着特性

Fig.1 Systematization of halogen control technologies
toward environmental impact reduction

44 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Comprehensive study on the system development of plastics forsustainable resource circulation and control of leakage into the ocean

最優秀発表賞（東口亮太）、優秀発表賞（平野由夏）
・第 13 回廃棄物資源循環学会東北支部、第 9 回日本水環境学会
東北支部合同研究発表会 優秀発表賞（安達若菜 , 髙梨樹）・令和 4 年度化学系学協会東北大会 優秀ポスター賞（下村亘）◇ 実施中のプロジェクト ( 計 18 件 )科研費 5 件
「環境インパクト低減に向けたハロゲン制御技術の体系化」
基盤研究 (S) (Fig.1) 等
受託研究 (NEDO・ERCA 等 ) 5 件「プラスチック資源循環の展開とバイオ素材導入のための技術開発」
ERCA 戦略的研究開発 (I) (Fig.2)「大気中 CO2 を利用可能な統合化固定・反応系 (quad-C system)の開発」NEDO ムーンショット型研究開発事業 (Fig.3)「共熱分解シナジー効果制御による有機炭素資源利用高度化」

フォーラム）（齋藤優子）◇ 査読付き原著論文 ( 計 15 報 )および 著書・総説・解説 ( 計 4 報 )・Exhaust gas treatment using MnO2 /Mg–Al layered double hydroxide:
Assessment of its mixed gas removal performance and regeneration, T.
Kameda, Y. Takahashi, S. Kumagai, Y. Saito, S. Fujita, I. Itou, T. Han,
T.Yoshioka, Chemical Engineering Research and Design, 431, 134030(2022)
・Improving levoglucosan and hydrocarbon production through gas-phase
synergy during cellulose and polyolefin co-pyrolysis S. Xie, C. Ma,
S. Kumagai, Y. Takahashi, T. Kameda, Y. Saito, T. Yoshioka,
Sustainable Energy & Fuels, 6, 1469 (2022)
・プラスチックリサイクルの現状と将来展望
齋藤優子, 吉岡敏明, 熊谷将吾、油空圧技術 766. Vol.61. No.6 2022年6月

JST 創発的研究支援事業 (Fig.4) 等
その他共同研究等 計 8 件

Fig.3 Establishment of a low-concentration CO2 separation/
concentration process using Mg-Al layered double hydroxide

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

Research topics（食品ニューテクノロジー研究会）（吉岡敏明）

・ Environmental purification technology applying layered
double hydroxide（令和4年度化学系学協会東北大会）（亀田知人）
・ Adsorption of lactate and ammonia by layered double hydroxide andzeolite (6th International Conference on Catalysis and Chemical
Engineering)（亀田知人）
・ Characterization of engineered plastics using pyrolysis-GC/MS(International Online Analytical Science Conference Advances & Recent
Trends in Analytical Science)（熊谷将吾）
・ Potential of pyrolytic synergistic interactions during co-pyrolysis ofplastic, biomass, and petroleum (23rd edition of the International
Conference on Analytical and Applied Pyrolysis)（熊谷将吾）
・プラスチック資源循環と持続可能な社会の実現に向けて（環境あきた県民先端環境創成学専攻

研究テーマ（吉岡敏明）

・資源循環戦略を支えるケミカルリサイクルとバイオプラスチックの新技術展望

Fig.4 Highly efficient utilization of carbon resources by the controlof pyrolytic synergistic interactions during co-pyrolysis
Coexistence Activity Report 202245

自然共生システム学講座
環境分析化学分野

Environmentally Benign Systems

Environmental Analytical Chemistry

環境系・生体系物質計測への展開を目指した
新しい化学分析モチーフの開発
Development of Chemical Motifs for Environmental andBiomedicinal Analysis

教授 壹岐 伸彦

助教 唐島田 龍之介

Professor

Assistant Professor

Nobuhiko Iki

当研究室では、環境や医療分野における課題を解決することを目指し、分子認識に基づく新しい分析手法の開発を行っている。分子認識化学に基づき新しい化学モチーフを開発し、実際の分析手法に応用していくことは、分析技術の飛躍的な発展につながると考えている。今年度得た主な成果の中から1) 異核 4 核 Ca-Tb-TCAS 錯体の合成、および 2 ) がん細胞へ送達可能な Pt(II)- ジラジカル錯体の開発について述べる。
The aim and goal of this division is to develop analytical methods based on molecular recognition, which provides solutions for environmental
problems and tasks in medicine. We believe that breakthroughs in analytical technology will be facilitated through the development and application ofchemical motifs capable of recognizing materials and through the establishment of methodology for separation/preconcentration and detection/
determination methods for materials of environmental and biological importance. Among such chemical motifs that we studied this year, two examples
will be described: (1) synthesis of heterotetranuclear Ca-Tb-TCAS complex and (2) active delivery of Pt(II)-diradical complex to cancer cells.

Ryunosuke Karashimada

体透過性の高い近赤外（NIR）光を吸収する光熱変換体をがんに送達し、外部から NIR 光を照射することで発生した熱でがん細胞を殺傷することに基づく。課題はがんへの選択的送達である。がん細胞
表面に過剰発現しているレセプターをターゲットとするリガンドを光熱変換体に導入できれば、がん細胞に能動的に輸送できる。我々は既に細胞内で NIR 吸収能を示す Pt(II)- ジラジカル錯体を見いだしている。今回モデルとして葉酸（FA）を Pt(II)- ジラジカル錯体へ修飾した。本錯体のがん細胞への送達量を調べたところ非修飾錯体に比べ 10 倍以上であり、FA 修飾の有用性を示すことが出来た。リン

異核 4 核 Ca-Tb-TCAS 錯体の選択的合成と発光特性
一分子中に異なる金属イオンを有する異核錯体の合成には、同核錯体などの副生成物の生成を抑制するため、配位子の精密な設計や複雑な合成方法が必要であった。我々はチアカリックスアレーン（TCAS）が水溶液中で 3 種類の異核 4 核錯体（Ca 4-xTbxTCAS 2 ,x = 1- 3）を 自 己 組 織 的 に 形 成 す る こ と を 見 出 し た。 混 合比（Ca:Tb:TCAS）と pH を 制 御 す る こ と で、Ca1Tb3TCAS2 錯 体（Ca:Tb:TCAS = 1:3:2, pH 6.0）
、Ca2Tb2TCAS2 錯体（Ca:Tb:TCAS
11）がそれぞれ選択的に合成可能であった（Fig.1）。また、既報のTb3TCAS2 錯体を合成後、一当量の Ca イオンと混合することで、
Ca1Tb3TCAS2 錯体を選択的に合成できた。以上より、構成要素（Ca, Tb, TCAS）を任意の割合で混合し、pH を調整するだけで 3
種類の異核 4 核錯体を選択的に合成する方法を確立した。さらに、これらの異核 4 核錯体は TCAS から Tb へのエネルギー移動発光した。以上より、高い発光機能を持つ異核 4 核 Ca-Tb-TCAS 錯
体の選択的合成法の確立に成功した。

がん細胞への能動的送達を可能とする
Pt(II)- ジラジカル錯体の開発

46 Coexistence Activity Report 2022

その他の活動〔Handbook of Physics and Chemistry of Rare Earth 62の出版〕
Naoya Morohashi, Nobuhiko Iki, Lanthanide-calixarene
complexes and their applications, HPCRE, Volume 62, 2022,
Pages 1-280, Elsevier.
本ハンドブックは希土類の物理と化学の関係する研究領域を網羅する。
第 62 巻では Calixarene- 希土類の化学について 531の文献を渉猟し、配位子設計、錯体の安定性、構造、光物性、機能、材料応用の観点から解説し、445 種類の Calixarene 配位子を取りあげた。
〔 基 調 講 演 〕Nobuhiko Iki, "Capillary electrophoresis as a toolfor kinetics and thermodynamics of biomolecular and metal
complex systems" APCE-CECE-ITP-IUPAC 2022, Cambodia.
〔出張講義・見学受入〕宮城県仙台第一高等学校（45 名 , 12 月 7 日），
北海道北見北斗高校（11 名 , 12 月 15 日）。
〔受賞〕
・東北分析化学奨励賞「異核複核ランタニド錯体の高機能化と分離分
析法の開発」唐島田龍之介、日本分析化学会東北支部、12 月 17 日
・フロンティア・ラボ賞「分光イメージングを用いた近赤外吸収ジラジ
カル白金錯体の細胞導入の観察」D3 澤村瞭太、みちのく分析科学
シンポジウム、7 月 23 日

がんの新たな治療法として光熱治療が注目されている。これは生Fig.1 The formation of three types ofheterotetranuclear Ca-Tb-TCAS complexes.

の送達に応用可能である ( Chem. Lett ., 2022, 51, 1157)。

Fig.2 The schematic representation of energy-transfer
luminescence in heterotetranuclear Ca-Tb-TCAS complexes.

Fig.3 Modification of the Pt(II)-diradical
complex with folic acid and enhancement of
the delivery to the cells.

Fig.4 Handbook on the
Physics and Chemistry ofRare Earths, vol. 62.

Other Activities[Publication of Handbook of Physics and Chemistry of Rare Earth 62]
Naoya Morohashi, Nobuhiko Iki, Lanthanide-calixarene complexes andtheir applications, HPCRE, Volume 62, 2022, Pages 1-280, Elsevier.
The handbook deals with a research area related to physics and chemistryof rare earth. In Volume 62, we cited 531 studies to describe chemistry ofa rare-earth–calixarene complex in terms of ligand design, stability,
structure, photophysical properties, functions, and application tomaterials. The number of calixarene ligands described is up to 445.
[Keynote Lecture]
Nobuhiko Iki, “Capillary electrophoresis as a tool for kinetics andthermodynamics of biomolecular and metal complex systems,” APCECECE-ITP-IUPAC 2022, Cambodia.
[Visiting lectures and acceptance of lab tours]
Sendai Daiichi High School, Miyagi Prefecture (45 students, December 7)
and Kitami Hokuto High School, Hokkaido (11 students, December 15).
[Awards]
・Tohoku Encouragement Award for Analytical Chemistry for“Functionalization of Heteronuclear Dinuclear Lanthanide Complexes
and Development of their Separation and Analysis Methods,” by
Ryunosuke Karashimada, Tohoku Branch, the Japan Society for
Analytical Chemistry, December 17.
・Poster Award, Michinoku Symposium of Analytical Sciences, for“Development of near-infrared-absorbing PtII complexes toward cancer
photothermal therapy agents,” Ryota Sawamura (D2), October 2.

Fig.5 Snapshot of the lab-tour.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentを示し（Fig.2）、高い量子収率と長寿命発光を持つことを明らかに

The synthesis of heteronuclear complex comprising different metal ionsrequired a precise design of ligands or a convoluted synthesis method tocircumvent the formation of by-products such as homonuclear
complexes. We have found that thiacalixarene (TCAS) self-assembled
into three types of heterotetranuclear complexes (Ca 4-xTb xTCAS2 , x =1- 3) in aqueous solution. In the optimum conditions of the mixing ratio(Ca:Tb:TCAS) and pH value, the selective formation of Ca1Tb3TCAS2
complex (Ca:Tb:TCAS = 1:3:2, pH 6.0), Ca 2Tb2TCAS2 complex(Ca:Tb:TCAS = 2:2:2, pH 10), and Ca 3Tb1TCAS2 complex (Ca:Tb:TCAS= 3:1:2, pH 11) was achieved (Fig.1). In addition, the Ca1Tb3TCAS2
complex was selectively synthesized by mixing the previously reported
Tb3TCAS2 complex with one equivalent amount of Ca ion. As a result of
these findings, selective synthesis methods for three types ofheterotetranuclear complexes have been developed through the
optimization of the Ca:Tb:TCAS ratio and pH condition. Furthermore,these heterotetranuclear complexes exhibited energy-transfer
luminescence from TCAS to Tb, with high quantum yield and long
luminescence lifetime (Fig.2). In conclusion, we have succeeded in thedevelopment of a selective synthesis method of heterotetranuclear
Ca-Tb-TCAS complexes possessing high luminescence properties.

カー導入錯体は他のリガンド修飾も可能であり、特定の腫瘍細胞へ

Photothermal therapy, whereby materials capable of a photothermal
effect are delivered to cancer and then highly transmitting near infrared(NIR) light is irradiated to produce heat to kill the cancer, has attracted
much attention. Selective delivery of the materials to cancer is of key
importance. Active targeting is one promising strategy to modify thematerials with a ligand that binds to a receptor excessively expressing
at the surface of cancer cells. We have already reported Pt(II)-diradical
complexes having high photothermal conversion efficiency. Herein,
we attached folic acid (FA) to the complex as one of the ligand materials
for cancer. As a result, the amount of Pt(II) complex introduced into
cancer cells increased 10 times more than that of unmodified Pt(II)complex. The strategy can be applicable to other ligands (Chem. Lett.,
2022, 51, 1157).

先端環境創成学専攻= 2:2:2, pH 10）、Ca3Tb1TCAS2 錯 体（Ca:Tb:TCAS = 3:1:2, pH

Selective synthesis and luminescence
properties of heterotetranuclear
Ca-Tb-TCAS complexes

Development of Pt(II)-diradical-complexenabling active targeting of cancer cells

Fig.6 Certificate of Tohoku
Encouragement Award for
Analytical Chemistry.
Coexistence Activity Report 202247

自然共生システム学講座
環境生命機能学分野

秘書

Environmentally Benign Systems

高野 聡美

Environmental Bioengineering

マイクロ・ナノ電極を利用する環境・医工学バイオセンサデバイスおよび材料評価システムの開発
Development of Environmental/Biomedical Sensors and Visualization Systems
for Material Functions with Micro/Nano Electrodes

研究補佐員

大宮 明子
渡辺 梨乃

教授 珠玖 仁准教授 伊野 浩介

准教授 井上 久美

准教授 熊谷 明哉

助教 梨本 裕司

（工学研究科 兼任）
Professor（工学研究科 兼任）
Associate Professor（山梨大学 兼任）
Associate Professor（材料科学高等研究所、
物質・材料研究機構 兼任）
Associate Professor（学際科学フロンティア研究所、 （学際科学フロンティア研究所、工学研究科 兼任）
材料科学高等研究所 兼任）
Assistant Professor
Assistant Professor

Hitoshi Shiku

現在、微小なデバイスのバイオ応用・環境モニタリングに大きな期待が寄せられている。これらのデバイスを用いることで、これまで難しかった生体現象を観察することや、簡便かつ迅速な環境評価・医療用検査が可能になっている。また、生体を模倣した微小な細胞チップを作製することで、再生医療応用や生体内での化学物質のモニタリングが可能になる。このような目的のために、我々はマイクロ・ナノシステムを組み込んだ電気化学デバイスの開発を行った。図 1 に研究室のメンバーの写真を示す。

Kosuke Ino

Kumi Y. Inoue

Akichika Kumatani

走査型電気化学セル顕微鏡を用いた材料評価
走査型電気化学セル顕微鏡（scanning electrochemical cell

Conference presentations

Biosensors for tissue-mimetic models

受賞○伊野浩介（准教授）：東北分析化学賞（日本分析化学会東北支部奨励賞）

テムとして完成させた（図 2）。

We developed several sensing platforms for the vascular models.
Microfluidic devices consisting of vascular networks and spheroids
were prepared, and we showed that scanning electrochemical microscopy(SECM) is an effective means to evaluate respiratory activity of cellularspheroids treated with drugs (Fig.2).

生体分子の高感度センサの開発

Highly sensitive biosensors

れが付与可能なマイクロ流体デバイス内に構築し、走査型電気化学
顕微鏡（SECM）で細胞活性評価を行い、薬剤評価が可能なシスカスケード反応によるシグナル増幅システムを有するイムノアッセイ

細胞機能計測のための電気化学発光システムの開発
電気化 学反 応で 発 光する現 象である電気化 学発 光（e l e c t ro
chemiluminescence: ECL）を利用した細胞機能計測システムを開発した（図 4）。例えば、培養方法の違いによる細胞接着形式の変化の可視化に成功した。

3 次元培養組織を作製するため、細胞足場材料であるハイドロゲ
ルが用いられている。そこでハイドロゲルを組み合わせる技術が求められていた。そこで、電気化学反応を利用したハイドロゲルを接着させる技術を開発した（図 5）。この技術を進めば、心臓のような複雑Electrochemiluminescence imaging
for cell analysis
We proposed electrochemiluminescence (ECL) imaging by converting
electrochemical reactions to optical signals. In this year, we developed
the ECL system for visualizing cellular adhesion of vascular cells (Fig.4).

Electrochemical gluing of hydrogels
For fabrication of three-dimensional tissues, hydrogels as scaffolds arewidely utilized. A method for assembling hydrogels is desired. In thisyear, we developed an electrochemical system for gluing of hydrogels(Fig.5). In the future, this technique will be utilized to fabricate complex
tissues and organs.

○井上久美（准教授）：優秀ポスター賞（第 4 回 COI 学術交流会）○井上久美（准教授）：優秀賞（山梨大学男女共同参画学術研究奨励賞）
○熊谷明哉
（准教授）
：材料科学世界トップレベル研究拠点長賞（東北大学）○岩間智紀（D3）：東北大学総長賞○伊藤健太郎（D3）：優秀学生講演賞（2022 年電気化学秋季大会）○伊藤健太郎（D3）：東北分析化学奨励賞（日本分析化学会）○伊藤千聖（M1）：最優秀賞、DOWA 賞（第 4 回環境科学討論会）○佐藤覚仁（M1）：ポスター賞（化学系学協会東北大会）

学術雑誌での表紙、注目論文（図 6）○ Analytical Chemistry, 94, 16451, 2022. Selected as a cover.
○ Analytical Chemistry, 94, 12427, 2022. Selected as a cover.
○ Analytical Sciences, 38, 1297, 2022. Selected as a hot article.
○ Micromachines, 13, 420, 2022. Selected as a feature paper.

Awards-Kosuke Ino (Associate Professor): Award of Analytical Chemistry in
Tohoku (The Japan Society for Analytical Chemistry, Tohoku Branch)-Kosuke Ino (Associate Professor): Award of Shorei-sho (Society for
Chemistry and Micro-Nano Systems)-Kumi Inoue (Associate Professor): Poster Award (4th COI Conference)-Kumi Inoue (Associate Professor): Academic Award (Gender Equality
Office, University of Yamanashi)-Akichika Kumatani (Associate Professor): Core Research Cluster for
Materials Science President's Award (Tohoku University)-Tomoki Iwama (D3): President's Award (Tohoku University)-Kentaro Ito (D3): Excellent Presentation Award (ECSJ Fall meeting,2022)-Kentaro Ito (D3): Award of Tohoku Analytical Chemistry (The Japan
Society for Analytical Chemistry)-Chisato Ito (M1): Excellent Presentation Award, DOWA Award (4thAcademic Forum on Environmental Studies)-Akihito Sato (M1): Poster Award (Joint Meeting of the Tohoku Area
Chemistry Societies)

Journal Covers, Featured Papers,and Hot Articles-Analytical Chemistry, 94, 16451, 2022. Selected as a cover.
-Analytical Chemistry, 94, 12427, 2022. Selected as a cover.
-Analytical Sciences, 38, 1297, 2022. Selected as a hot article.
-Micromachines, 13, 420, 2022. Selected as a feature paper.

な臓器形成が期待できる。
Fig.4 ECL imaging of cellularadhesion of human umbilicalvein endothelial cells (HUVECs).
Reprinted with permission from
Electrochimica Acta (415, 140240,2022). Copyright 2022 Elsevier.

Fig.1 Photo of members in 2022.

48 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 SECM for analysis of a spheroid integrated
with a vascular network. Reprinted withpermission from Biosensors and Bioelectronics(219, 114808, 2023). Copyright 2022 Elsevier.

Fig.3 Immunoassay using thrombin cascade forsignal amplification. Reprinted with permission from
Analytical Chemistry (94, 12427, 2022). Copyright2022 American Chemical Society.

Fig.5 Electrochemical gluing ofhydrogels via an electrochemical
reaction. Copyright 2022 by theauthors. Licensed under CC BY 4.0.

Fig.6 Journal covers. Reprinted from
Analytical Chemistry. Copyright 2022
American Chemical Society.

Coexistence Activity Report 2022

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

ハイドロゲルの電気化学接着技術の開発

We reported the immunoassay system based on cascade reactions for
signal amplification (Fig.3).

○伊野浩介（准教授）：奨励賞（化学とマイクロ・ナノシステム学会）

More than 50 presentations were given, including four special lectures,
one plenary talk, and 12 invited lectures.

先端環境創成学専攻

システムを開発し、モデル物質の高感度計測を実現した（図 3）。

Scanning electrochemical cell microscopy
for evaluation of 2D materials

学会発表
学会発表を行った。

血管モデル用のセンサシステムを複数報告した。血流を模した流

Hiroki Ida

利用できる。

二次元材料の評価を行った。これらの結果は、材料設計の指針に

招待講演・依頼講演 4 件を行った。これらを含め、30 件以上の生体モデル（ 細胞凝集塊、血管）用センサの開発

遠藤 梨奈

Scanning electrochemical cell microscopy (SECCM) was used toevaluate hydrogen evolution reaction (HER) and other reactions of 2D
materials. Electrochemical images of SECCM can be utilized to design
2D materials.

microscopy: SECCM）を用いて、水素発生反応などのためのMicro/nano-devices are in continual demand in biological science and engineering, as well as achieving in accurate analytical information. We havedeveloped micro/nano-electrochemical systems for environmental/biomedical applications and the evaluation of battery materials. We are also
investigating the role of the tissue microenvironment, utilizing a microfluidic device, and scanning probe microscopy. These devices are useful inenvironmental monitoring, medical, and engineering applications. Figure 1 shows a photo of members.

Yuji Nashimoto

助教 井田 大貴49

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

持続可能性の実現のためのシステム革新
Systems Innovation for Sustainability

教授 福島 康裕

助教 大野 肇特任助教 倪 嘉苓

特任講師（クロスアポイント）

Professor

Assistant Professor

Research Assistant Professor

アレクサンダー グスマン

Yasuhiro Fukushima

物質循環改善による持続可能な社会の実現に向けて、国内外でさまざまなプロセス技術の開発が行われている。当研究室では、これらの技術について、現状の延長線上の社会への導入による貢献ではなく、描いた魅力的な社会における貢献ができるよう、ビジョンオリエンテッドな設計を行うことで、効率的な未来技術の実現を図ることに取り組んでいる。特に社会が大きくカーボンニュートラル化へと舵を切る中、バイ
オマス利活用技術、炭素固定利用 (CCU) 技術、そして製品リサイクル技術は物質循環の主役とならなければならないが、化石燃料を燃焼してエネルギーを得ている現在と、超低炭素であるが大変限られたエネルギーを使って社会を回していかなければならない未来において、技術システムに求められる性能や用いるべき変換経路が異なってくる。未来の姿を描き、必要な技術の姿や資源との組み合わせ方を明らかにして、

Hajime Ohno

Jialing Ni

Research Lecturer (cross-appointment)

Alexander Guzman

福島（教授）は 化学工学会秋季大会（長野）、触媒討論会（富山）にもオンサイト参加し、シンポジウムへの参加や講演などを行なった。

国際学会参加 :ESCAPE32, June 12 – 15, Toulouse, France：グスマン

持続可能な社会の実現に資する技術の速やかなイノベーションの実現を目指す。

（助教）と八木原（D2）は、フランス・トゥールーズで開催された化

Many “green-process technologies” are being developed to realize a sustainable society, overcoming various serious issues related to materials
circulation. Our group had developed a platform (toolbox and database) to assist a vision-oriented design and development of systems that employ thesetechnologies, thereby effectively contributing to the realization of an attractive society equipped with sustainable materials circulation. Today, ourmodern society strives for realization of carbon neutrality – a form of complete materials circulation that compels us to go through an unprecedentedchange in the production and consumption systems. Biomass utilization, carbon capture and utilization, and post-consumer recycling are core enabling
technologies, the optimal design of which would appear differently depending on whether it is targeting current or future applications. We create futuresociety visions, explore combinations of required technology and resources, and contribute to swift innovation of enabling technologies that areinterrelated by circulation of various materials and energy.

した。研究室からは、COVID19 蔓延以降初の海外での国際会議

学プロセス工学の学会である ESCAPE32 において、ポスター発表参加であり、さまざまな制約に直面しながらも再び国際的な交流を伴う研究討論の場へと復帰を果たした。また、大学間交流のあるボルドー大学を訪問、セミナーを開催いただき、同じ分野の研究所の若手研究者たちと互いの研究内容を紹介し合うこともできた。
EcoBalance 2022, Oct. 30 – Nov.2, Fukuoka, Japan：
エコバランス国際会議は LCA の分野の中で最も歴史ある国際学会の一つであり、隔年のペースで日本各地を巡って開催されている。
前回はコロナ禍でオンライン開催であったが、今年は福岡国際会議

福島研究室による新たなスタート
4 月より、環境グリーンプロセス学分野は、工学研究科化学工学に 5 名の学部 4 年生を工学部から迎え、スタッフ４名、派遣スタッ
フ 2 名、秘書 2 名、大学院生 10 名を加えた 23 名で新年度を迎えた。

国内学会参加 :福嶋（B4）、長谷川（M1）、加藤（M2）、八木原（D1）、福島（教授）

サイト参加した。オンサイトでの参加者はまだ少ない状況ではあったが、貴重な研究発表や交流の場を楽しみ、多くの学びのある参加となった。会期中に東北で大きな地震が発生し、仙台に戻る旅程に大きな支障が出たが、幸い研究室に大きな被害は発生しなかった。

ESCAPE32, June 12–15, Toulouse, France: Dr. Guzman (AssistantProfessor) and Mr. Yagihara (D2) presented their posters at the European
Symposium on Computer-Aided Process Engineering. This was the firstinternational conference after the outbreak of COVID-19. Many difficult
constraints were imposed, but they made a gracious return to theinternational academic forum representing Fukushima Laboratory. They
also visited University of Bordeaux, where their young researchers hosted
a small symposium to offer opportunities seeking potential collaborations.
EcoBalance 2022, Oct. 30–Nov. 2, Fukuoka, Japan: This conference is
one of the most historical international conferences in the field of life cycle
assessment, held biennially. The previous conference had to go online, but
this time, it was held on-site at Fukuoka International Conference Center.
Fukushima laboratory gave six presentations (three oral and three poster
presentations), among which one won the prestigious Best Poster
Presentation Award.

（口頭 3，ポスター 3）が行われ、そのうち 1 件は最優秀ポスター

Awards

賞を受賞という快挙を成し遂げた。

・Yasuhiro Fukushima, Outstanding Contribution Award, Institute of Life
Cycle Assessment, Japan, March・Kazuki Fukushima, Excellent Presentation Award, Trials for Chemical
Process Design Utilizing a Quantum Annealing Machine, Research
Conference on Advanced Chemical Engineering Studies, July・Ryodai Makino, Yasuhiro Fukushima, Hajime Ohno, The EcoBalance
Poster Award (Best Poster) Can introduction of PVC de-chlorination
technology bring circularity benefits? An analysis using a multi-objective,
multi-regional technology choice model受賞○ 日本 LCA 学会功績賞，福島康裕（教授），「ライフサイクル思考を導入したシナリオ分析による意思決定手法の体系化」，3 月

Domestic conferences○ 第 24 回先端研究発表会 , 福嶋一期（M1），「量子アニーリング

Mr. Fukushima (B4), Mr. Hasegawa (M1), Ms. Kato (M2), Mr. Yagihara(D1), and Prof. Fukushima participated in the annual meeting of the Societyof Chemical Engineers, Japan (SCEJ; Kobe University, March 16–18). Onsite participation offered many opportunities to acquire new informationand gain experiences, despite having much fewer attendees compared tomeetings before the pandemic. During the conference, a large earthquake
hit the Tohoku area. Luckily, no serious damage occurred. Prof. Fukushima○ 第15 回エコバランス国際会議 最優秀ポスター賞，
牧野凌大（M1），

マシンによる化学プロセスの設計に向けた試行」，7 月

福島康裕（教授），大野肇（助教）「塩化ビニルからの脱塩素技術

は物質好循環をもたらすのか―多目的多地域を考慮した技術選択
モデルを用いた分析」，11 月

卒業

New alumnus
March: Yuki KATO (M.Eng.), Yuto YOSHIDA (M. Eng.)
September: Yaqun Yang (M. Eng.)

3 月：加藤由樹（修士），吉田悠人（修士） 9 月：楊亜群（修士）

Fig.1 Staffs and Graduating Students, March 2022

50 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Kazuki Fukushima presenting his research at Research
Conference on Advanced Chemical Engineering Studies (July, Sendai)

Fig.3 At the EcoBalance 2022

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

は、神戸大学で開催された 化学工学会年会（3 月16 −18 日）にオン

Since April 2022, Professor Yasuhiro Fukushima, formerly affiliatedwith the Department of Chemical Engineering, Graduate School ofEngineering, leads the Environmental Green Process Study at GSES.
His group re-started with a moderate size of 23 people, consisting offour staff members, two temporary staff members, two secretaries, and10 graduate students, in addition to the five new undergraduate students.

場においてハイブリッド開催された。福島研究室からは 6 件の発表

International Conferences

先端環境創成学専攻

専攻より異動した福島教授の研究室が担当することになった。新たA new start with the Fukushima Laboratory

also attended the SCEJ’s autumn meeting (Shinshu University) and theCatalysis Society of Japan meeting (Toyama University).

Fig.4 With Prof. Dario Bassani@University of Bordeaux
Coexistence Activity Report 2022

51

資源循環プロセス学講座
複合材料設計学分野

Sustainable Recycle Process

Mechanics and Design of Composite Materials

環境に配慮したマルチファンクショナル
複合材料の設計・開発・評価

教授 成田 史生

助教 栗田 大樹

Design, development and evaluation of multi-functional composite materials

Professor

Fumio Narita

Assistant Professor

本研究室では、IoT（モノのインターネット）社会の実現に導く環境発電（エネルギーハーベスティング）材料やセンサ材料の設計・開発・
評価に取り組んでいる。特に、圧電セラミック粒子や磁歪合金ワイヤを利用した複合材料に注目し、強度・機能特性と信頼性・耐久性の向上を目指して理論的・実験的研究を進めている。また、環境汚染を食い止めるための極低環境負荷構造材料の創製を目指し、セルロースナノファ
イバー強化ポリマー複合材料や機能性絹糸を設計・開発して、力学・物理特性と微細構造との関係を評価している。
Our laboratory is engaged in research to design and develop composite materials for energy-harvesting and sensor applications, which helps realize aninternet of things (IoT) society. We focus on composite materials with piezoelectric ceramic particles or magnetostrictive alloy wires and address
improving their strength and function or reliability and durability. Furthermore, we are studying cellulose nanofiber-reinforced polymer composites
and evaluating the relationship between their mechanical/physical properties and microstructures to prevent environmental pollution.

圧電複合材料
圧電セラミックスは脆く、また、高圧電特性のチタン酸ジルコン
酸鉛（PZT）には有害物質（鉛）が含まれているため、柔軟な非鉛系
圧電材料の開発が要望されている。本研究室では、鉛フリー圧電ナ
ノ粒子分散ポリマーを作製し、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）
を積層して電極として用い、コロナ放電分極に成功している。また，
ポリマー内部の圧電粒子体積含有率を段階的に変化させた傾斜機
能圧電粒子分散ポリマーの作製方法を提案し、構造を制御して試作ている（Fig.1）。今後の展開が期待される。

磁歪複合材料
超磁歪特性を示す Tb-Dy-Fe 合金は、脆さや渦電流発生などが問題となっており、高価格であるという欠点も有している。Fe-Ga
なっている。本研究室では、Fe-Co ワイヤ / 樹脂複合材料を開発し、振動・衝撃発電に成功している。また、Fe-Co ワイヤを撚ってアル
ミニウム合金に埋め込む技術を確立し、衝撃を電気に変換する軽金
属複合材料を開発して、高出力化も実現している。さらに、物質が付着した際の磁歪複合材料の共振周波数・出力電力変化に着目し、Magnetostrictive Composites
Magnetostrictive Tb-Dy-Fe and Fe-Ga alloys have a wide variety of
applications due to their great capability as sensors and energyharvesting devices. However, the difficulty in machinability and thefabrication cost inhibit their applications as magnetostrictive devices.
We have developed Fe-Co wire/resin composites and have succeeded ingenerating vibration and impact. We have also established a technology
to embed twisted Fe-Co wires in aluminum alloy and developed a lightmetal composite material that converts impact into electricity.
Furthermore, we developed magnetostrictive virus sensors using thechange in resonant frequency and output power of magnetostrictive
composites.

Zhenjin Wang

低環境負荷複合材料

Eco-friendly (Green) Composites

本研究室では、木質繊維を極限まで破砕して得られるセルロース
ナノファイバーや、岩石と同成分のバサルト繊維と生分解性ポリマーを組み合わせた高強度・低環境負荷複合材料（グリーンコンポジット）の開発に取り組んでおり、分解過程における力学特性変化に注目した研究も進めている。また、蚕にセルロースナノファイバーを給餌し、高強度絹糸の創製に成功しており、衰退しつつある日本の養蚕業復We develop high-strength, low-environmental-impact (i.e., green)
composites by combining cellulose nanofibers, which are obtained bycrushing wood fibers to the utmost limit, and basalt fibers, which aresimilar in composition to rocks, with biodegradable polymers. We also
conduct research focusing on changes in mechanical properties during
the degradation process and research focusing on changes in mechanicalproperties during the degradation process.

活への貢献が期待されている（Fig.3）。

Other Activities

その他の活動<International exchange>
・JSPS Core-to-Core Program, “Establishing an International ResearchCenter for Multi-Energy Harvesting Materials and Devices to Realize
an Internet-of-Things Society”＜国際交流＞・JJSPS 研究拠点形成事業 A. 先端拠点形成型「IoT 社会を実現するマルチ環境発電材料・デバイス 国際研究拠点形成」＜受賞＞

・8th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials
and Structures , 最優秀発表賞，Toshiki Ueno, Hiroki Kurita,
Fumio Narita

・Symposium on Functionally Graded Materials 2022,

最優秀発表賞，Kohei Maruyama, Zhenjin Wang, Fumio Narita

・第 8 回「ジャパン・レジリエンス・アワード（強靱化大賞）」「STOP 感染症大賞」

・防災・減災 × サステナブル大賞 2022 防災・減災 × ＳＤＧｓ賞
アカデミー & ジュニアアカデミー部門 グローバル賞＜報道＞・2022 年 12 月 21 日（水）河北新報 「電源自給型センサー開発
振動利用し発電、情報送信」

・2022 年 3 月 2 日（水）日刊工業 「振動が農業を変える？

<Award>・8th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials andStructures, Best Paper Award, T. Ueno, H. Kurita, F. Narita
・Symposium on Functionally Graded Materials 2022, Best Presentation
Award, K. Maruyama, Z. Wang, F. Narita
・8th Japan Resilience Awards 2022, Prize for "Stopping Infectious
Diseases"
・2022 Disaster Prevention and Mitigation x Sustainability Award,
Disaster Prevention and Mitigation x SDGs Award: Academy &Junior Academy Category<Media coverage>
・Kahoku Shinpo, “Development of a power supply self-sufficientsensor that generates electricity and transmits information using
vibration” December 21, 2022
・Nikkan Kogyo Shinbun, “Vibrations will change agriculture?
Magnetostrictive material halves pest density” March 2, 2022.

磁歪材で害虫密度半減」

磁歪ウイルスセンサの実現に向けた研究を進めている（Fig.2）。

Fig.1 Schematic illustration of functionally gradedpiezoelectric composites for energy harvesting.

52 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Schematic illustration of magnetostrictive
virus sensor mechanism.

Fig.3 Cellulose nanofiber reinforced
cocoon of a silkworm.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

合金も同様に超磁歪特性を示すが、加工の難しさが製品化の障害とThe design and development of carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP)
composites with a function such as piezoelectricity are difficult due tothe conductivity of carbon. Here, we prepared a lead-free piezoelectric
nanoparticle-dispersed epoxy resin with laminated CFRP layers on theupper and lower surfaces. A large electric field was applied by corona
discharge, which polarized the composite successfully. We fabricatedthe piezoelectric particle-dispersed polymers with controlled structures,the correlation between the compressive shock and bending vibration
power generation functions and the graded composition distribution wasclarified (see Fig.1). Future developments are expected.

JSPS Research Fellowshipfor Young Scientists

先端環境創成学専攻

後、圧縮衝撃・曲げ振動発電機能と傾斜組成分布との相関を解明しPiezoelectric Composites

Hiroki Kurita

JSPS 特別研究員 王 真金

Fig.4 Group photo of the marathon race

Coexistence Activity Report 202253

環境創成計画学講座
環境分子化学分野

Ecomaterial Design and Process Engineering
Environmentally-Benign Molecular Design and Synthesis

自然環境に順応する Chemical
Engineering Technology の創製
Innovative experimental and theoretical technologies on chemical engineering
for creating sustainable society

准教授 大田 昌樹
Associate Professor

Masaki Ota

従来の医薬食品製造分野においては、ときに高環境負荷の有機溶媒が使用されることで人体への副作用の問題などが懸念されてきた。
これに対し我々は、安心かつ安全な経口 ･ 経皮物質の製造に向けて、二酸化炭素の他、エタノール、水等のグリーン溶媒を用いた高圧流体、
特に超臨界・亜臨界流体の利用による環境調和型製造技術の開発に関する応用研究を推進している。特に最近では、Hildebrand 溶解度パ
ラメータを独自に拡張したエントロピー型溶解度パラメータを理論的背景に、化学を基盤において地球環境や生態系保全に向けた持続可能な社会構築を目的として、天然資源や合成化合物の有効利用を可能とする工学技術の開発に関する研究について付加価値順のカスケード利用を可能とするための分離工学、安心安全な物質選定のための高圧溶液化学、超臨界流体抽出・亜臨界溶媒分離技術の社会実装のためのプロセ
スシステム等において知識と経験を深めてきた。これらの研究を推進するための基礎学問は化学工学にあり、基礎物性の測定からモデル化ま減できるようになった。
（平成 30 年度文部科学大臣表彰・若手科学者賞の受賞内容）今年はその延長線上の実証研究を検討することができた。

流通式亜臨界溶媒分離技術の開発
最近、我々は関連企業と共同で連続式亜臨界溶媒分離装置（向で実験・理論の両面から研究を進めている。

流接触型高圧抽出装置）のオリジナル開発に成功している（Fig.3）。

Green processing and engineering are required for the chemical engineering of pharmaceuticals, foods, beverages, cosmetics, chemicals, and so on.
For this purpose, we aim to use only non-toxic solvents such as carbon dioxide, ethanol, and water for extraction and separation processes, instead ofharmful or potentially toxic solvents. Recently, we developed an entropy-based solubility parameter—an extended Hildebrand solubility parameter—
for high-pressure fluids (sub/supercritical fluids) and have applied it to designing extraction and separation techniques in order to achieve sustainablegreen chemistry. We are promoting these experimental and theoretical approaches based on chemical engineering to study and develop newenvironmental sciences and technologies.

いる。オリジナリティーは、複数台の自動背圧弁を内蔵タイマーに2013 年には、この装置に搭載した連動式自動背圧弁が市販されて医薬食品素材の環境調和型抽出分離を設計するにあたり、1930

期待している。

2022 年の研究活動

Activities in 2022 (Publications)より交互に吐出する機構そのものにある。2022 年は、医薬品で展開される合成化合物を中心に、高密度流体を利用した亜臨界溶媒分
離による分離効率に関する研究を推進してきた。まだ、この連動弁搭載型の流通式亜臨界分離装置はパッケージとして普及していない

便利な指標である。これは、分子の配置配向は完全にランダムかつ混合による体積変化、さらには過剰エントロピーがそれぞれ無視できるとした正則溶液論に基づく物性であり、溶剤選定の他、高分子材料の設計などに広く用いられている。このパラメータは通常、医薬食品素材の抽出・分離において標準状態下で使用されてきたが、最近になって著者は、超臨界・亜臨界流体のような高温高圧状態でもこの物性値は、SP 値と互換性のある熱力学量であることからエント
ロピー型溶解度パラメータ（Fig.2）と名付けたが、この理論が開発

Although the SP has been widely used under ambient temperature andpressure conditions, we recently extended its value for high-pressure
fluids such as sub-/supercritical fluids (Fig.1). This parameter is termed
the entropy-based solubility parameter (eSP), which extends the regularsolution theory (Fig.2). Now that our thermodynamic property has been
made available, we can more easily predict high-pressure extraction andseparation processes and drastically reduce the economic and time costs

所属する化学工学会における機関紙「化学工学論文集」にて、「二酸化炭素 – エタノール – ホップエキス系における高圧気液平衡比
測定と相関」が 2021 年度優秀論文集に選出された。Fig. 4 には、この論文で紹介したホップエキス主要 7 成分における高圧気液平衡
比の実験値と理論値の一致の例を示した。また、これに関連して研究助成を受けた公益財団法人ひと・健康・未来研究財団の機関紙でも受賞論文を掲載することができた。
分担執筆としては、著書「バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術」にて、溶媒抽出や超臨界流体クロマトグラフィーの事例を紹介することができた。また、著書「高圧力の科学・技術事典」にも分担執筆をすることができた。

されたことにより理論予測をしながら高温高圧下の抽出分離実験が[1] 大田昌樹, 受賞論文 ひとや環境にやさしい新しい抽出分離溶媒の開発 ～実験の理論予測を目指して～, ひとの健やかでこころ豊かな未来を実現する

ために～ひと・健康・未来, 31, 32-33 (2022).
[2] 大田昌樹, 桒原歩大, バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術, 第5章
第2節 溶媒抽出, 技術情報協会 (2022).
[3] 大田昌樹, 松田修汰ら, バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術,
第6章第5節 超臨界流体クロマトグラフィー, 技術情報協会 (2022).
[4] 大田昌樹, 高圧力の科学・技術事典, Ⅳ章3.6 分離・抽出：超臨界CO 2
天然物固体からの抽出, 朝倉書店 (2022).

Activities in 2022 (Awards)[1] 大田昌樹ら, 化学工学論文集2021年度優秀論文賞 (2022).

実施できるようになり、試行錯誤に要する実験的コストを大幅に削

Fig.1 Hildebrand solubility parameter (SP) andentropy-based solubility parameter (eSP)

54 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Correlation between SP and eSP

Fig.3 Flow-type subcritical fluid separation apparatus

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

計算できるように理論的手法を新たに展開することができた（Fig.1）。

The Hildebrand solubility parameter (SP) is useful for chemicalengineering processing, such as for extraction and separation techniques.
Selecting suitable solvents for production of targeted functional natural
resources is usually difficult for high-pressure processing.

先端環境創成学専攻

年代に Hildebrand が提唱した溶解度パラメータ（SP 値）は極めて

Application of our entropy-basedsolubility parameter

Development of flow-type subcriticalfluid separation
Recently, we developed a flow-type subcritical fluid separation
apparatus for separating colors, flavors, and so on from targeted natural
resources (Fig.3). The JASCO Corporation collaborated to makeinterlocking back-pressure regulators and another related setup based on
our time-programming regulation concept. This year, the subcriticalfluid separation apparatus was used to separate chemicals used forpharmaceutical. Although the apparatus has not been widely used inother research, we would like to conduct PR activities to promote thegreen separation processes.

が、需要が拡大すれば将来的には具現化される可能性があるものとエントロピー型溶解度パラメータ（eSP）の応用

for trial-and-error experiments. Thus, people would choose these things
using the eSP as a tool for selecting a suitable solvent or mixtures fordesigning high-pressure extraction and separation processes. These
contents are based on “The Commendation for Science and Technology
by the Minister of Education, Culture, Sports, Science and Technology:
The Young Scientists’ Prize (2018).”

Fig.4 Results of prediction of retention time with separated
chemicals on supercritical fluid chromatography.
Coexistence Activity Report 202255

環境創成計画学講座

Ecomaterial Design and Process Engineering

環境材料表面科学分野

Environmental Materials Surface Science

低環境負荷社会に資する
新しい触媒材料の表面設計指針
Atomic-level design of novel catalyst materials for eco-friendly society

教授 和田山 智正
Professor

Toshimasa Wadayama

ゼロカーボン社会の実現に向けて、関連する新規材料の開発やその機能向上は必須の技術課題であり、そのための学理解明が求められている。金属や合金、酸化物や炭素系材料表面における水素や酸素などの関連する表面反応を基礎的に理解することは、高効率触媒開発へ向けて極めて重要である。触媒活性とその反応が進行する材料表面の安定性（耐久性）の解明には、材料表面を原子レベルで構造規整する必要がある。本研究分野では、よく規定された（well-defined）金属や合金の単結晶表面に加えて、構造規整したナノ粒子を実触媒のモデルとし、超高真空（UHV）下における分子線エピタキシ（MBE）法やアークプラズマ堆積（APD）法を駆使して気相合成し、そのミクロ構造を走査型
プローブ顕微鏡（SPM）、走査型透過電子顕微鏡（STEM）、X 線光電子分光（XPS）、低速イオン散乱分光（LE-ISS）などの表面科学的手法を用いて議論するとともに、ボルタンメトリーやオンライン電気化学質量分析（OLEMS）、走査型電気化学顕微鏡（SECM）などで評価した触媒特性との関係を精査し、次世代触媒材料開発に向けたナノ構造設計指針を得ることを目指している。
Comprehensive understandings of surface reactions on nano-sized, metal- (alloy), oxide-, and carbon-related materials are essential for developing novel
nanomaterials with superior catalytic properties. Our approach to the subjects involves (a) preparations of well-defined single-crystal surfaces andnanoparticles of alloys and metal compounds through dry processes (molecular beam epitaxy; MBE and arc-plasma deposition; APD) in ultra-high vacuum(UHV) and (b) electrochemical evaluations of catalytic properties for the UHV-prepared nanostructural catalyst models aimed at developments of practicalelectrocatalysts. We have routinely used UHV-MBE, UHV-APD, scanning probe microscopy (SPM), scanning transmission electron microscope combinedwith energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), low-energy ion-scattering spectroscopy (LE-ISS),
electrochemical (EC) voltammetry, gas-chromatography (GC), on-line electrochemical mass spectrometry (OLEMS), scanning electrochemical microscope(SECM), and so forth to clarify the nanomaterial’s surface reactions. Our research accomplishments directly relate to a true zero-carbon society.

准教授 轟 直人
Associate Professor

Naoto Todoroki

乱分光分析結果から試料最表面の Ru / Ir 原子組成は、試料作製熱
処理温度に依存し、1 : 1 (673 K), 1 : 2 (773 K), 1 : 4 (873 K) であった。HOR 活性は、Ir 2 や Ir3 アンサンブルサイトが HOR を担う
ことがわかった。一方、
Ru (0001) の場合 H2O2 が生成するのに対し、Ru / Ir(111) では検出限界以下であり、最表面の Ir サイトが H2O2 生成抑制に寄与することがわかった。(Fig.1)。

◯ WO x 修飾 Pt(111) 表面系の HOR および H2O2 生成特性
Pt / C 触媒への WO3 添加は H2O2 生成を抑制するとの報告がある。本年は、気相合成により作製した WO x / Pt(111) 表面系をWO3 添加 Pt / C 触媒の構造モデルとし、その H 2O2 生成特性を中心としたアノード触媒特性を調査した。XPS 測定結果と合わせ、電位変動により WO x 酸化状態は変化するものの、H 2O2 生成は低減
することがわかった。(Fig.2)。

オゾン生成用窒化タンタル電極
オゾン水は排水処理や食品洗浄などの分野への応用が期待され

原子構造制御燃料電池触媒モデル
それぞれ水素酸化反応（HOR）および酸素還元反応（ORR）が進行する。その触媒開発に向けて、現在 Pt 属金属を中心とする合金
ナノ粒子の合成とその特性評価が精力的に行われている。例えば現行のアノード触媒であるカーボン担持 Pt ナノ粒子 (Pt /C) は、運転中に電解質膜の劣化要因となる H 2O2 を生成することが問題視され触媒材料開発が求められている。我々は、触媒ナノ構造と触媒特性の関係を明らかにするため、モデル触媒の気相合成 (UHV ; <10-7Pa 中 ) とその特性解明を行っている。

◯ 1-1 Ru 添加 Ir(111) 表面系の HOR および H2O2 生成特性
Ir(111) 基板上に 1 原子層相当厚の Ru をアークプラズマ堆積したPt-based alloy nanoparticles are utilized as catalysts for cathodes andanodes of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). Under theoperating condition of a PEMFC, hydrogen oxidation reaction (HOR)
and oxygen reduction reaction (ORR) proceed at the anode and cathode,respectively. Particularly, conventional Pt-based anode catalysts (Pt/C)
generate hydrogen peroxide (H 2O2), which deteriorates the polymer
electrolyte membrane; therefore, the simultaneous accomplishment ofhigh HOR activity and suppressed H 2O2 generation is required for theanode catalyst of the next generation. In 2022, we fabricated model
anode catalysts in UHV (<10 -7 Pa) and discussed the correlation between
the topmost surface atomic structures and catalytic properties for acomprehensive understanding of reaction mechanisms.

をその結晶構造を制御してアークプラズマ堆積 (APD) し、TaN 結◯ The topmost surface atomic ratios of Ru/Ir (111) were controlled via
changing the Ir(111) substrate temperature during the deposition of a

極材料が求められている。そこで新規なオゾン水製造用電極材料として遷移金属窒化物に着目した。Pt 基板上に窒化タンタル（TaN）
晶構造と 0.5 M H 2SO4 中で評価した O3 生成特性との関係を調査した。その結果、岩塩構造を有する TaN 薄膜の場合 3.7 V vs. RHE
におけるオゾン生成効率として 21.5% が得られ、高効率オゾン生成電極として期待できる材料系であることがわかった。(Fig.3)。

研究プロジェクト、受賞
NEDO, JSPS 基盤研究 (B), 挑戦的研究 , JST さきがけ , 次世代研究者挑戦的研究プログラムなどの研究プロジェクトを実施した。轟は村上記念奨励賞を受賞した。また所属学生は、自らの研究成果報告を 15 件行った。( 内 1 件受賞 ; Fig.4)

Ru / Ir(111) をアノード触媒表面モデルとして作製した。低速イオン散

Fig.1 HOR and H2O 2 generation properties of Ru/Ir(111)56 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 XPS (left) and HOR and H2O2 generation properties of WOx / Pt(111) (right)

Fig.3 XRD Patterns (left) and O3 Generation properties of TaN / Pt

◯ The cooperation of Pt nanoparticles and WO3 located nearby is reported
to be effective for suppression of H2O2 generation during PEMFC power
generation. Therefore, WOx-vacuum-deposited Pt(111) (WOx /Pt (111)) wasused as an anode model catalyst, and their H2O2 generation behaviors were
investigated. XPS results showed that oxidation states of surface WOxchanged by the potential cycles (PCs), but the H2O2 generation remained
suppressed even under application of the PCs. (Fig.2)

Tantalum nitride electrode forozone water generation
Because effective ozone generation electrodes are crucial for practicalapplications of wastewater treatments, food washing, etc., effective
electrode materials are desired to generate the ozone. Therefore,tantalum nitride/platinum (TaN/Pt) electrodes were fabricated throughan arc-plasma deposition of Ta on a Pt substrate at 900°C under partialpressure of 0.1Pa-N2 as ozone generation electrode. The generation
efficiencies of TaN/Pt evaluated in 0.5 M H 2SO4 at 3.7 V vs. RHE were
1% to more than 20%, depending upon the crystal structures of TaN.
Particularly, an NaCl-type TaN/Pt electrode showed the highest
efficiency of 21.5%. The results indicate that the TaN thin film electrodewith NaCl-type crystal structure, is essential for developing a practicalozone-generation electrode (Fig.3).

Research project, award
We have performed NEDO, JSPS KAKENHI, JST PRESTO, and JST
SPRING. N. Todoroki received Murakami Memorial Foundationencouragement awards. Our students have presented two papers ininternational conferences and 15 papers in domestic conferences andreceived one award (Fig.4).

Department of Frontier Sciences for Advanced Environmentており、主反応たる HOR 活性を確保しつつ H 2O2 生成量の少ないており、代表的オゾン水製造法である電解法では生成効率の良い電

one-monolayer-thick Ru. Low-energy ion scattering spectroscopy
estimated the surface Ru/Ir ratio to be 1:1 (673 K), 1:2 (773 K), and 1:4(873 K). HOR activity of Ru/Ir(111) correlated with the probability of Ir2
and/or Ir3 ensemble sites, indicating that the Ir sites directly contributeto the HOR. In contrast, the H 2O2 generation property of Ru/Ir(111) was
similar to clean Ir(111) and under the detection limit, while clean
Ru(0001) generated H 2O2 . The results suggest that the Ir surface sites are
responsible for the reduction of H 2O2 generation (Fig.1).

先端環境創成学専攻

固体高分子形燃料電池（PEMFC）のアノードおよびカソードでは、

Well-defined model catalyst studies
for fuel cells

Group PhotoFig.4 Certificate of academic award
Coexistence Activity Report 202257

寄附講座（フロンティア・ラボ ）反応解析機器開発学

Endowed Division (Frontier Laboratories Ltd.)

Innovative Analytical Pyrolysis

世界最先端の熱分解分析機器および分析技術の開発を目指して
Towards Development of Innovative Analytical Pyrolysis Technologies

熱分解 - ガスクロマトグラフィー / 質量分析法（Py-GC/ MS 法）による高分子のキャラクタリゼーション、廃プラスチックのリサイクルやバイオマス資源の有効利活用に向けた高分子の分解反応評価、これらを可能とする新しい分析手法および分析機器開発（熱分析装置、ガスク
ロマトグラフ、質量分析装置、それらの周辺機器など）を行っている。また、フロンティア・ラボが有する海外拠点を通じて研究成果を世界に発信、海外との研究交流や共同研究を実施することで、グローバル人材の育成にも積極的に取り組む。
We are developing innovative pyrolysis technologies, such as pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS), and the related
equipment for polymer characterization and development of pyrolysis processes for feedstock recovery from waste plastics and biomass resources. We
are also trying to develop human resources capable of global perspectives through international collaborative researches and seminars with Frontier
Laboratories’ global branch offices.

教授 吉岡 敏明

准教授 渡辺 壱

助教 熊谷 将吾

Professor（兼務）

Associate Professor

Assistant Professor（兼務）Toshiaki Yoshioka

Atsushi Watanabe

Shogo Kumagai

スーパーエンジニアリングプラスチックの熱酸化分解
挙動をモニタリングする新アプローチを発表

A comprehensive study into the thermo-oxidative
degradation of sulfur-based engineering plastics

フロンティア・ラボ株式会社が開発した燃焼反応生成物を in-situ

A combination of a pyrolysis gas chromatograph system developed by
Frontier Laboratories Ltd. for in situ analysis of combustion reaction
products (Fig.4) with an electron spin resonance (ESR) equipped with aheating system developed by JEOL (Fig.5) achieved detailed monitoringof the thermo-oxidative decomposition behavior of sulfur-containing
super-engineering plastics. This technique will be a powerful analyticalmethod that can be applied to investigate the thermo-oxidative
decomposition mechanism of various polymers. This work was achievedby collaboration with Yoshioka laboratory and JEOL Ltd. This work was
published in the Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.

分析する熱分解ガスクロマトグラフシステム（Fig.4）、および日本電子が開発した 400 ℃まで加熱しながらラジカルを in-situ 分析可能な加熱ユニットを装着した電子スピン共鳴装置（ESR）（Fig.5）、を駆使することで、含硫黄スーパーエンジニアリングプラスチックの熱
酸化分解挙動を詳細にモニタリングする新アプローチを発表した。
今後、様々な高分子の熱酸化分解反応機構の検討に応用できるパ

Production of BTX via Catalytic Fast Pyrolysis ofPrinted Circuit Boards and Waste Tires Using
Hierarchical ZSM-5 Zeolites and Biochar

本講座では、ポリマーの構造解析および廃プラスチックやバイオ

Pyrolysis is considered a promising method for polymer characterization(in the field of analytical pyrolysis) and chemical feedstock recovery
from polymeric wastes (in the area of applied pyrolysis) because it candecompose any polymeric material into smaller molecules by applying
heat alone in an inert atmosphere. Pyrolysis-gas chromatography (PyGC) involves pyrolyzing polymeric materials in a micropyrolyzer and asubsequent direct GC analysis of pyrolyzates. Py-GC has immense
potential for applications in the fields of analytical and applied pyrolysis
because it allows for rapid and accurate analysis of pyrolyzates. This isbeneficial for elucidating the microstructure and composition ofpolymers and for rapid screening of pyrolysis conditions for designing
feedstock-recycling processes.

マスを化学原料に転換するための手法として、熱分解法に着目している。熱分解法は不活性ガス雰囲気下において「熱」によって種々の化学結合を切断する手法である。本講座では、小型熱分解装置（通称：パイロライザー）を用いてプラスチックやバイオマス等の高分子を熱分解し、熱分解によって生じる揮発生成物をガスクロマト
グラフ / 質量分析装置（GC/MS）により直接分析するアプローチを研究している。
今年、本講座では、臭素系難燃剤含有プリント基盤 / タイヤ混合物を共熱分解し、さらに共熱分解生成物を活性炭およびゼオラ
イト触媒と反応させることで、石油化学基礎製品である BTX の回収と脱臭素を同時に可能とする共熱分解アプローチ（Fig.1）を発-GC/MS システム（Fig.2）を本検討に採用することで、高効率な共熱分解試験を可能とた。本成果は、アメリカ化学会（ACS）の ACS
Sustainable Chemistry & Engineering 誌に掲載され、本研究のイメージは Supplementary Cover Art として採用された（Fig.3）。
なお、本研究成果は、同研究科吉岡研究室との共同成果である。

Fig.1 Schemetatici illustration of BTX production simultaneous with debromination
through catalytic co-pyrolysis of printed circuit board/tire mixtures.

58 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Schematic illustration of TR-GC/MS system.

岡研究室および日本電子株式会社との共同成果である。本成果は、Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 誌に掲載された。

査読付原著論文[1] 熊谷将吾*, 吉岡敏明, “プラスチックのケミカルリサイクルプロセス
開発への熱分解ガスクロマトグラフィーの応用”, 分析化学, 71, 549(2022). Invited paper[2] C. Ma*, S. Kumagai*, Y. Saito, T. Kameda, A. Watanabe,
C. Watanabe, N. Teramae, T. Yoshioka, “Production of BTX via
Catalytic Fast Pyrolysis of Printed Circuit Boards and Waste Tires
Using Hierarchical ZSM-5 Zeolites and Biochar”, ACS Sustain.
Chem. Eng., 10, 14775 (2022). Suppelemtary Cover Art[3] S. Kumagai*, M. Sato, C. Ma*, Y. Nakai, T. Kameda, Y. Saito,
A. Watanabe, C. Watanabe, N. Teramae, T. Yoshioka,“A comprehensive study into the thermo-oxidative degradation of
sulfur-based engineering plastics”, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 168,
105754 (2022).

Fig.3 Selected journal cover image
by ACS Sustainable Chemistry &Engineering

Fig.4 Schematic illustration of customized
Py-GC/MS system.

[4] K. Tei, M. Matsueda, K. Matsui, T. Ishimura, A. Watanabe,
W. Pipkin, N. Teramae, H. Ohtani, C. Watanabe, “Highly sensitive
detection of polystyrene by on-line splitless pyrolysis-gas
chromatography/mass spectrometry with cryo-trapping ofpyrolyzates and forced venting of carrier gas”, J. Anal. Appl.
Pyrolysis, 168, 105707 (2022).

招待講演[1] A. Watanabe, “Practical characterization of EPDM by pyrolysis
gas chromatography”, Analytical Pyrolysis Symposium 2022,
January 28, 2022.
[2] S. Kumagai, “Characterization of engineered plastics using
pyrolysis-GC/MS”, International Online Analytical Science Conference
Advances & Recent Trends in Analytical Science, July 4, 2022.
[3] S. Kumagai, et al., “Potential of pyrolytic synergistic interactions
during co-pyrolysis of plastic, biomass, and petroleum”, 23rd editionof the International Conference on Analytical and Applied Pyrolysis,
May 16, 2022.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment表した。パイロライザーを直列に接続したタンデムμ - リアクター

This year, we co-pyrolyzed printed circuit board/tire mixturescontaining brominated flame retardants, and the pyrolyzates were
further reacted with activated carbon and zeolite catalysts. Thisapproach achieved enhanced production of benzene, toluene, and xylene(BTX) simultaneous with debromination (Fig.1). We employed a tandem
microreactor-GC/MS (TR-GC/MS) (Fig.2) that facilitates the highthroughput investigation of pyrolysis-catalyst reactions at desiredconditions. This work was published in ACS Sustainable Chemistry &Engineering, and the image of this work was selected as the
supplementary cover art for the journal (Fig.3).

ワフルな分析手法として期待。なお、本研究成果は、同研究科吉

先端環境創成学専攻

タンデム μ- リアクター - GC/ MS システムを活用し、臭素系難燃剤含有プリント基盤 / タイヤ混合物から石油
化学基礎製品の（BTX）回収および脱臭素に成功

Fig.5 Schematic illustration of the heated-ESR
spectrometer.
Coexistence Activity Report 2022

59

連携講座

Collaborative Divisions

環境適合材料創製学分野（日本製鉄株式会社） Process Engineering for Environmentally Adapted Materials( Nippon Steel Corporation)

安全・安心な高機能鉄鋼の製造技術を通して、
持続可能な社会に貢献
Development of manufacturing technology for safe and securehigh performance steels contributing to sustainable society
高機能鉄鋼製品は主原料として鉄鉱石から製造される。これらの製品は使用した後に、スクラップにされて、再度鉄原料に戻される。鉄は何度も再使用が可能な環境にやさしい材料である。同時に鉄鋼製造工程は大量の資源とエネルギーが必要で、地球環境に大きく関わるので、環境負荷を低減することが必要である。最近ではさらに建築物や自動車の軽量化のため高強度鉄鋼材料が要求されている。私たちは持続可
能な社会や産業を構築することを使命として、この講座では環境に適応する特に安全・安心な高機能な金属材料とその製造プロセスと社会制度を探究し、計算科学を用いた基礎研究から企業研究のメリットを生かした大規模実験に基づく応用研究と高度な教育を行っている。
High-performance steels are made primarily from iron ore. At the end of steel products’ lives, they are scrapped and recycled as raw iron resources. Iron istherefore a reusable and environmentally friendly material. The steel manufacturing process, however, requires large amounts of resources and energy andaffects the environment worldwide. It is therefore necessary to reduce its environmental impact at all stages of production. Additionally, demand for highstrength steels are increasing for weight reduction of infrastructure or automobiles. We aim to establish a sustainable society and industry, so we are studying
safe, secure, environmentally adaptable materials and their production processes, as well as related social systems. We undertake education and research via
a fundamental study that applies computational science and application research to large-scale experiments owing to resources of the company.

客員教授 森口 晃治

客員教授 松村 勝

客員教授 大村 朋彦

客員教授 成木 紳也

Professor

Professor

Professor

Professor

Koji Moriguchi

Masaru Matsumura

Tomohiko Omura

子間ポテンシャルの開発に成功した。このポテンシャルを利用した一般化積層欠陥 (GSF) エネルギー曲線は、2H や 3C 構造を基底状態とする相互作用モデル系とは異なる振る舞いを示すため、独特な転位運動が観察できる可能性がある (Fig.2）。

鉄鉱石焼結プロセスにおけるマグネタイト鉱石利用
高鉄品位な微粉鉄鉱石およびバイオマスを使用することが環境負荷低減に結び付く。特に、微粉鉱石としてマグネタイト鉱石を使用すると、その酸化熱を利用できるため、従来熱源である粉コークスを削減できる。本研究では、マグネタイト鉱石の酸化促進のための温度条件最適化を目的として、タブレット電気炉焼成実験を行った。
なお、タブレットは焼結原料組成に試薬で調整した。その結果、最高

社会の安全・安心を担う環境配慮型構造用鉄鋼材料
私たちは、水素用途や建 築・自動車用高強 度鋼などのように、地球環境に配慮した高機能鉄鋼材料の研究開発を行っている。これは国連で定めた SDGs（Sustainable Development Goals、持続可能な開発目標）にも整合する。クリーンエネルギーである水素を燃料として走行する燃料電池自動車（FCV）や FCV に水素を供給する
圧水素システムに使われる鋼材には高強度かつ優れた耐水素脆化特性が要求される。また、建築物や自動車の軽量化のため高強度鋼の需要が増しているが、高強度鋼では水素による脆化が問題となる。
本研究室では鋼中の主要合金元素（Mn,Ni,Cr,Mo）の影響を検討している。焼入れままマルテンサイト鋼において、これらの合金元素は

水素脆化を防止するための最適鋼材の選定や新規鋼材の開発に活用できる。

とが有効であると結論つけられた（Fig.3）。

We have conducted research and development of high-performancesteels from the blast furnace process, such as high-strength steels forhydrogen systems, infrastructure, or automobiles, which are friendly to
the global environment. This complies with the United Nations’Sustainable Development Goals. High-pressure gaseous hydrogen, aclean energy carrier, is used in fuel cell vehicles (FCVs) and hydrogenstations that supply hydrogen to FCVs. Steels used for highly pressurizedhydrogen systems should have both high strength and sufficientresistance to hydrogen embrittlement (HE). Additionally, demand forhigh-strength steels is increasing for weight reduction of infrastructure
and automobiles. An increase in strength may cause embrittlement due
to hydrogen absorption. In this study, the effects of the main alloying
elements (Mn, Ni, Cr, and Mo) in steel were investigated. Our work
clarified that these alloying elements decrease the hydrogen diffusion
coefficient D in water-quenched martensitic steels. Furthermore, we
confirmed that Mn, Cr, and Mo promote HE along grain boundaries.
These results led to the selection of appropriate steels or development of
new steels that are resistant to HE.

Predicting polytype phase stability such as synchronized long-period
stacking-ordered (LPSO) structures has been a long-standing challenge
in condensed matter physics and/or materials science. This situation
stems from the fact that the atomistic interactions on polytype energetics
are quite complex and delicate despite the simplicity of their geometry.
Although the molecular dynamics (MD) method is a powerfulcomputational tool for tracking dynamical processes, the most serious
problem in applying the MD method to such polytypism has been thelack of interatomic-interaction models with longer-periodic polytype
structures as the ground state. Considering this situation, we havesuccessfully developed an interatomic potential with the 4H groundstate using the La polytype energetics as a reference system. Uniquedislocation motions might be observed using this potential because thegeneralized-stacking-fault (GSF) energy curves within the potential
model developed here behaves differently from those based on the 2H
and 3C ground state models (Fig.2).

Utilization of magnetite ore
in the iron ore sintering process
Using high-grade fine iron ore and biomass is effective to reduce
environmental load. In particular, when magnetite ore is used as the fineiron ore, the heat of oxidation can be utilized, so coke breeze, which is aconventional heat source, can be reduced.
In this study, with the aim of optimizing the temperature profile forpromoting the oxidation of magnetite ore, a sintering tablet test in theelectric furnace was performed. Here, the tablet was adjusted to a sinterraw material composition by use of chemical reagent. As a result, it has
been concluded that the increasing temperature up to 1300 °C andkeeping temperature at 1167 °C, at which no liquid phase was generated,
during the cooling stage was effective for promoting oxidation (Fig.3).

金属系ポリタイプの形成機構に関する理論物性研究
シンクロ型 LPSO 構造などのポリタイプ系の相安定性予測は、
物性物理学や材料科学における永年の課題となっている。これは、ポリタイプの原子論的相互作用が、その幾何学的構造の単純さにもかかわらず、驚くほど複雑で繊細であることに由来する。分子動力学 (MD) 法は様々な動的プロセスを追跡するための強力な計算ツールとして今日知られるが、ポリタイプ現象に MD 法を適用する際の深刻な問題は、長周期ポリタイプ構造を基底状態とする原子間相互作用モデルが開発されていないことであった。我々は、La 系のポリタイプエネルギー論を参照系として、4H 構造を基底状態とする原Fig.1 Hydrogen diffusion coefficient D as function of alloy concentration.

60 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 The GSF energy curves based on some potential models. The curve
marked with La is by the model constructed in the present work.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

水素拡散係数 D を低下させること（Fig.1）や、さらには Mn,Cr,Mo
は粒界の水素脆化を促進することを明らかにした。これらの結果は、

温度 1300℃で液相が生成しない条件（1167℃）で温度保持するこ

Theoretical study on formation mechanismsof metallic polytypes

先端環境創成学専攻

水素ステーションでは高圧の水素ガスが用いられるが、これらの高Adapting structural steels to the environment
for a safe and secure society

Shinya Nariki

Fig.3 Effect of holding temperature on FeO concentration.
Coexistence Activity Report 2022

61

連携講座

Collaborative Divisions

地球環境変動学分野（国立環境研究所） Global Environment (National Institute for Environmental Studies)

グローバルな大気環境や炭素循環の変化を捉える
Observation of Global Atmospheric Environment and Carbon Cycle Changes

当講座では地球規模の大気環境変動に関わる大気化学成分の分布や経時変化を計測する観測技術、陸域における炭素収支の観測技術、ならびに地球温暖化を含めたグローバルな大気環境変動解析に関する研究と教育を行っている。具体的には、人工衛星、航空機、船舶、地上観測による大気成分や雲、エアロゾル、ならびにそれらの地表プロセスの観測技術、地上からの各種の遠隔計測技術の開発、アジアや南極、シベリアを含む北極など世界各地における観測活動ならびに取得したデータの処理アルゴリズム、データ解析を行うことによって地球規模での大気環境変動の原因究明に向けた研究を実施している。

客員教授 中島 英彰
Professor

Hideaki Nakajima

客員教授 町田 敏暢
Professor

Toshinobu Machida

観測していると推定できる。そこで、文献（Wan et al., 2009）
によって報告されている中国における 2000 年の HCFC-22 の放出量から HFC-23 の放出量を推定したところ、1.18 Gg/y という値を得た。この値は、別の文献（Simmonds et al., 2018）で報告されている値（2.83 Gg/y）の約 40% の値であった。この違いは、

In cooperation with the National Institute for Environmental Studies, we are carrying out research on the global atmospheric environment, such as
global warming and air pollution. For that purpose, we are developing measurement techniques on atmospheric composition changes and terrestrial
carbon budgets. We conduct research and education on measurement principles, data processing algorithm, field experiments, and data analysis on thebasis of specific cases of remote sensing and in situ technologies. We also develop applications for atmospheric compositions/clouds/aerosols and theirsurface processes, utilizing such instruments as satellite-borne, air-borne, ship-borne, and ground-based sensors. We conduct field measurements in
Asia, Antarctica, and the Arctic including Siberia, and we study global atmospheric environmental change by analyzing these data.

FTIR で観測された空気塊が、中国南部からの影響を反映していな
いためであると考えられる。

対流圏界面付近における温室効果ガスの極めて大きな季節変動
大気中の温室効果ガスのグローバルな循環を解明するためにはそれらのガスの空間分布や時間変動を知る必要があるが、世界の観測北 海 道・ 陸 別 に お け る FTIR に よ る HCFC-22,
HFC-23 観測値から見積もった中国由来 HFC-23
排出量の推定我々は、北海道陸（43.5ºN, 143.8ºE）における1997 年～ 2020年までの FTIR 観測データから、HFC-23 (CHF3) の濃度を導出する

ログラムを用いてなされた。さらに、陸別で観測された空気塊の後
方粒跡線解析を行って空気塊の起源を推定したところ、2000 年の冬
季には中国由来の空気塊が多く観測されていたことが判明した。そこで、中国由来と推定された空気塊について解析された HCFC-22 とHFC-23 の、バックグランド濃度からの増加量を見積もった。その結ることが見いだされた。もともと HFC-23 は、工業的に冷媒である
HCFC-22 を生産するときの副生産物として放出されるガスであり、両者の間に正相関があるということは、両ガスの増加分は。中国における HCFC-22 の生産時に放出された HCFC-22 と HFC-23 をめて不足している。我々の研究室では地上ステーションや船舶を利用した観測に加えて航空機を使った温室効果ガスの３次元観測を推進している。
Fig.3 は航空機が対流圏界面付近を飛行した際に、圏界面直下の上部対流圏と直上の下部成層圏で観測した二酸化炭素（CO2）濃度の時間変動である。ここでは気象庁の客観解析データを使って、圏界面からの温位差（ΔΘ）によって空気塊を分類した。Fig.3 でΔΘ
が負の値（赤色）は対流圏の空気であることを、正の値（青系色）は成層圏であることを示す。CO2 濃度は対流圏においては陸上生態系の光合成活動で夏季に減少するが、下部成層圏では夏季に流入する
低緯度対流圏大気の影響で濃度増加を示す。また、冬季から春季にかけての下部成層圏は沈降流によって濃度が下がる。
メタン（CH4）濃度は成層圏においては高度と共に急激に減少している。従って冬季の沈降流の影響を受けると下部成層圏の CH4 濃
度は大きく減少し、夏季に対流圏から高濃度 CH4 の流入を受けると濃度が急激に増加するために、極めて大きな季節変動が観測されることになる（Fig.4）。

We need to know the spatial distribution and temporal variations ofatmospheric greenhouse gases (GHGs) to understand the global
distribution of their sources and sinks. However, observed GHG data are
still insufficient, especially in the upper atmosphere. Our laboratory
conducted GHG observation by using ground-based stations, ships, andaircraft.
Fig.3 shows the temporal variations in carbon dioxide (CO2) at the upper
troposphere (UT) and lower stratosphere (LS) observed by aircraft
flight around the tropopause. We categorized the air mass by thedifference in the potential temperature from the tropopause (ΔΘ)
calculated from the meteorological fields of the Japan Meteorological
Agency Climate Data Assimilation System. The negative values in ΔΘ
indicate the air mass in the UT (red color in Fig.3), and positive values
are in the LT (blue colors in Fig.3). The CO2 mixing ratio in the UT
decreases in summer season by photosynthesis activities, whereas in the
LS, CO2 shows an increase in summer by intrusion of tropospheric air
from lower latitudes. From winter to spring, CO2 in the LS gradually
decreases by downward motion of stratospheric air.
A steep vertical gradient can be found in the methane (CH4) mixing ratio
in the stratosphere. Therefore, downward motion in the winter season
causes a rapid decrease in CH4 at the LS (Fig.4). In contrast, a rapid
increase of CH4 can be seen in summer due to air intrusion from thetroposphere. As a result, extremely large seasonal variations wereobserved in the LS.
From the results, we can extract information not only for sources andsinks of their gases but also for air transport in the stratosphere and longterm changes in air transport.

これらの観測からは温室効果ガスの発生源・吸収源の情報が得られるばかりでなく、成層圏付近の大気輸送やその長期変動を知る手がかりになると期待されている。

Fig.1 10-day backward trajectories of the air masses arriving at 2000 m
above Rikubetsu at the time of the FTIR observations in 2000. Each pointon the trajectories is color-coded by altitude above ground level.

62 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Correlation between ΔHCFC-22 and ΔHFC-23 at Rikubetsu in 2000.
Color of each point represents the month of observation. Blue line is the linear
regression line, with values of slope, correlation coefficient (R), p-value (p),and number of observations (N).

Fig.3 Time series of carbon dioxide mixing ratio observedin the upper troposphere and the lower stratosphere.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

果、HCFC-22 に対する HFC-23 の増分の間に、有意な正相関があWe have developed a procedure for retrieving atmospheric abundancesof HFC-23 (CHF3) with a ground-based Fourier transform infrared
spectrometer (FTIR) and have analyzed the spectra observed at
Rikubetsu, Japan (43.5ºN, 143.8ºE). We also analyzed abundances of
HCFC-22 (CHClF2) with the same spectra. The FTIR retrievals werecarried out with the SFIT4 retrieval program. We conducted a backward
trajectory analysis to examine the origins and transport pathways of the
air masses arriving at Rikubetsu. Many air masses that had originatedfrom China were found in the winter of 2000. A good positive correlation
was found between the enhancements of HCFC-22 and HFC-23 fromtheir background values. HCF-23 is a by-product of HCFC-22 production
from source gases. The existence of a positive correlation between these
two gases presumes that the observed enhancements of HCFC-22 andHFC-23 were emitted in the course of HCFC-22 production in China. By
using the reported HCFC-22 production amount in China (Wan et al.,2009) and observed HCFC-22 enhancement in Rikubetsu, we canestimate the Chinese HFC-23 emission amount in 2000, which is 1.18

データは未だ十分とはいえない。特に地表以外の上空の観測値は極

Large seasonal variations in greenhouse gases
around the tropopause region

先端環境創成学専攻

手法を開発した。また、同じ FTIR データから、HCFC-22（CHClF2）の濃度導出も行った。FTIR による解析は SFIT4 と呼ばれる解析プ

Estimation of HFC-23 emission in Chinaby the FTIR measurements of HCFC-22
and HFC-23 in Rikubetsu, Hokkaido

Gg/year. This amount is about 40% of the value (2.83 Gg/year) reported
by Simmonds et al. (2018). The discrepancy between our estimation andthe literature can be attributed to the fact that our measured air masses
do not cover the southern part of China, where substantial HCFC-22–
manufacturing factories might operate.

Fig.4 Same as Fig. 3 but for methane mixing ratio.
Coexistence Activity Report 2022

63

環境研究推進センター

Environmental Research Promotion Center (ERPC)

Activities of Environmental Research Promotion Center

環境研究推進センターは 2017 年 7月に設立され、本学の環境教育研究活動の推進・地域連携・産学官連携の取組み等を通じて環境に関

教授 川田 達也

特任教授 松原 秀彰

特任准教授 大庭 雅寛

特任助教 寺坂 宗太

特任助教 三橋 正枝

助手 横井 瑚子Professor

Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Assistant Professor

Research Associate

Tatsuya Kawata

Hideaki Matsubara

Masahiro Oba

Sota Terasaka

Masae Mitsuhashi

Koko Yokoi

する研究成果の社会実装を図ることを目的とし活動している。環境科学研究科では、地球温暖化・自然共生・エネルギー・資源循環といった、究の推進と共に、研究分野間相互に連携しながら人と社会に影響を与えていく「研究成果の体系化」を図っていくことが重要である。
環境研究推進センターは、環境に関する研究推進、地域連携・産学官連携等を通じて研究成果の社会実装の実現を図るとともに、研究のアウトリーチ活動・環境教育の推進・研究成果の普及啓発等を積極的に行っている。

その他の地方自治体との連携

Cooperation with other local governments

2017 年に連携協定を締結した仙北市では、今年度も、土屋研究室が「玉川強酸性温泉水と廃アルミニウムを用いた水素製造の実証

The Environmental Research Promotion Center (ERPC) was founded in July 2017. Through its activities, such as in promoting environmental educationand our university’s research activities, as well as various projects in coordination with the area or with industry, academic, and governmentalorganizations, its aim is to apply the results of environmental studies to society. The Graduate School of Environmental Studies works on up-to-datestudies that are deeply related to the environment, namely global warming, symbiotic relationships with nature, energy, and resource recycling. Since
these study fields are closely related to people’s lives and values, it is important for us to coordinate studies among different fields and systematize
study results while proceeding with individual studies.
Also, the ERPC is accelerating its environmental studies and projects to materialize actual application of study results to society in coordination witharea organizations as well as industry, academic, and governmental organizations. At the same time, the ERPC makes positive efforts through publicity
activities, promoting environmental education, and spreading study results.

実験」の研究を実施し、環境研究推進センターが実験や仙北市との調整などに協力した。
2022 年度は三重県志摩市と宮城県東松島市の 2 地域を拠点にJST の共創の場形成支援プログラム（COI-NEXT）「 美食地政学に基づくグリーンジョブマーケットの醸 成共創拠点」プロジェクトの拠点運営を行い、6 月 25 日に東松島市で、9 月 10 日に志摩市でシンポジウムを開催した（Figs.3, 4）。

Cooperation with Miyagi Prefectureと 11 月に行った（Fig.2）。

The Graduate School of Environmental Studies has had a cooperationagreement with Miyagi Prefecture since 2004 (Fig.1). A roundtablediscussion with the Environmental and Community Affairs Department,
Miyagi Prefectural Government, was held in December. Environmental
Administration was a class in 2022, and it was offered with a prefecture
staff as a lecturer in the second semester. For the spread of geothermalheat and net-zero-energy buildings in Miyagi, in October and November,
we held site tours of buildings that have installed geothermal heatequipment in cooperation with Miyagi Prefecture (Fig.2).

仙台市との連携

Cooperation with Sendai City

環境科学研究科は、2004 年より宮城県と連携協定を締結している（Fig.1）。本年度は宮城県環境生活部との意見交換会を 2022 年
12 月に行い、今後の展望について意見を交わした。今年度も、県職員の派遣による「環境行政論」を 2 学期に実施した。また宮城県での地中熱と ZEB の普及のため、宮城県と連携して地中熱設備を導入した ZEB（Net Zero Energy Building）の現地見学会を 10 月

仙台市とは、2009 年連携協定を締結したが、2021年 3 月に、連携目的を更新し、協力体制をさらに強化した新たな協定を締結した。
また 12 月に情報交換会を行い、今後の展望について意見を交わした。宮城県との連携と同様に、今年度も、仙台市職員の派遣による「環境行政論」を 2 学期に実施した。

Fig.1 Courtesy call on Yoshihiro Murai, thegovernor of Miyagi Prefecture.

64 Coexistence Activity Report 2022

Our graduate school has had a cooperation agreement with Sendai City
since 2009. In March 2021, a new agreement was signed to renew the
purpose of cooperation and further strengthen the cooperation system.
In December, an information exchange meeting was held with theEnvironmental Bureau of the City of Sendai. Environmental
Administration was a class in 2022, and it was offered with a city staff
as a lecturer in the second semester.

Fig.2 Site tour of Tohoku Boring Co., Ltd.'s
new ZEB.

Fig.3 Symposium in Higashimatsushima city.

研究推進拠点（拠点長：土屋範芳研究科長）」が認定された。12 月
4 日に東北大学エネルギーシンポジウムを開催した（Fig.5）。今年のシンポジウムでは、環境省が進めている脱炭素先行地域を焦点とした。さらに大学における最新のエネルギーシステム研究や電力会
社の脱炭素計画について紹介した。
東北大学のカーボンニュートラル推進のため、環境科学研究科の 本 館（ 第 I 期 棟 ）の ZEB と BELS（Building-Housing Energyefficiency Labeling System）認証を申請し、「ZEB Ready」認証を受けることに成功した。東北大学における 2 件目の ZEB である。

プラスチックスマート戦略のための超域学際研究拠点
2019 年に拠点認定された「プラスチックスマート戦略のための超域学際研究拠点（拠点長：松八重一代教授）」の活動の一環で、10 月に沖永良部高校でセミナーを開催し、生徒たちは校内でのペットボトル削減に取り組むため、島ならではのフレーバーウォーターづくりを実施した（Fig.6）。

Fig.4 Symposium in Shima city.

In 2022, we operated a project titled “Green Job Market Fostering a CoCreation Base Based on Gastronomy Geopolitics (JST’s COI-NEXT
program),” and this program’s symposium was held on June 25 inHigashimatsushima City and September 10 in Shima City (Figs.3, 4).

Interdisciplinary Studies of Novel Values on
Energy for Sustainable Development of Society

エネルギー価値学創成研究推進拠点2019 年 4 月に学際研究重点拠点として「エネルギー価値学創生

宮城県との連携

The Tsuchiya Laboratory conducted the research project titled“Demonstration Experiment of Hydrogen Production from Waste
Aluminum and Tamagawa Hot Spring Acid Water” in Senboku City,
with which our graduate school has concluded its 2017 cooperationagreement. The ERPC also cooperated in the experiment for thisresearch project.

Environmental Research Promotion Center ( ERPC )環境に深く関わる世界最先端の研究が進められているが、これらの研究分野は人々の暮らしや価値観と密接な関係があることから、個々の研環境研究推進センター

環境研究推進センターの取組み

The Interdisciplinary Studies of Novel Values on Energy for Sustainable
Development of Society was recognized as an interdisciplinary researchgroup in April 2019. The Tohoku University Energy Symposium was held
on December 4 (Fig.5). This year’s symposium focused on decarbonizationleading regions promoted by the Ministry of the Environment. It also
introduced the latest energy system research at Tohoku University and thedecarbonization plans of an electric power company.
To promote carbon neutrality at Tohoku University, we applied for ZEB
and BELS (Building-Housing Energy-Efficiency Labeling System)
certifications for the main building (Phase I building) of the Graduate
School of Environmental Studies and received “ZEB Ready” certification.
This is the second ZEB at Tohoku University.

TU-TRIPS: Tohoku University Transdisciplinary
Research Initiative for Plastic Smart
Tohoku University Transdisciplinary Research Initiative for Plastic
Smart was launched as a collaborative research group in 2019.
In 2022, TU-TRIPS held a seminar in Okinoerabu High school on
October. The students were challenged to reduce plastic bottles andcreate flavored water that was unique to the island (Fig.6).

Fig.5 Tohoku University Energy Symposium.

Fig.6 The Students Challenging to reduce plastic bottles.

Coexistence Activity Report 2022

65

資源戦略研究センター

Institute for Resource Initiatives

Resources Strategy for Sustainable Society

センター長 /
社会・文化部門「資源」は、持続社会を支える基本的概念であり、「資源」を軸としたサステナビリティ学（SDGs 学）を社会に示していく必要がある。
特にカーボンニュートラルと持続的社会の構築は社会全体の喫緊の課題であり、これに対応出来る組織の創設が必要となっている。
展開を加速度的に進める。

Head of Institute /Social & Cultural Division:
Professor

Noriyoshi Tsuchiya

社会・文化部門

情報・システム部門

情報・システム部門

教授 吉岡 敏明

教授 劉 庭秀教授 松八重 一代

客員教授 駒井 武

Environmental Material
Division:
Professor（国際文化研究科）

Informatics Division:
Professor

Informatics Division:
Professor

Toshiaki Yoshioka

Social & Cultural Division:
Professor

Jeongsoo Yu

Kazuyo Matsubae

Takeshi Komai(Graduate School ofInternational Cultural Studies)

Institute for Resource Initiatives

本センターは、「資源」に関わるハードとソフトの両面で戦略研究進め、「資源」に関わる複合的な研究・教育組織を構築し、その学際的教授 土屋 範芳

環境・物質部門“Resources” is a fundamental concept that supports a sustainable society, and it is necessary to present to society a study of sustainability (SDGsstudies) centered on “resources.” In particular, the establishment of a carbon neutral and sustainable society is an urgent issue, and it is necessary tocreate an organization that can respond to this social demand. The initiatives will promote strategic research on both hard and soft aspects of “resources,”build a complex research and education organization related to “resources,” and accelerate its interdisciplinary development.

1. 資源戦略研究センターとは資源の安定確保は、グローバリゼーションの急速な進行とそれに伴う資源メジャーの寡占化、生産国の環境リスク、カントリーリスクの増大、さらに新型コロナによるサプライチェーンの分断と囲い込みにより今後不安定化することにより、既存領域を越えた連携を必要としている。このため、旧来の学問領域の壁を超えて取り組んでいくことが必要である。独立研究科が、その特長を生かして相乗効果を高めながら、新たな学術領域の創出と国内外の課題の実践的解決を推進する。
資源戦略のソフトプロセスの学術の体系化は大きく遅れている。
本学は、ハードプロセスについては伝統的に強いが、持続する社会のためにはハードに加えてソフトパワーの充実が急務であり、また民間にもその要求が強い国内外の課題解決のため、民間資金の導入を進める仕組み作りが必要である。またこの分野の人材不足は深刻であり、大学での教育システムも脆弱化している。人材養成を重要なプロジェクトとして展開する。

2. 産業インフラを利用する炭素循環（環境・物質部門）
炭素循環を実装し、真の意味で炭素循環を実現するには、基幹産業を主とした既存インフラの活用が大きな効果を発揮する。特に、動脈産業と静脈産業の連携を強化し、また石油資源をバイオマスに転換する新しいバイオリファイナリーの構築が不可欠である。今年度は、上記の視点で関係機関との情報交換を行い、四日市コンビナー
トにおけるカーボンニュートラル化に関する検討会において、委員として参画し、コンビナートエリアを超えた広域連携の可能性についても、検討を行った。

資源戦略研究センター

持続的社会のためのあらゆる“資源”の安全保障

1. Institute for Resource Initiatives
The stable securing of resources will become unstable in the future dueto the rapid progress of globalization and the resulting oligopoly of“Resource Majors,” increased environmental and country risks in
producing countries, and the fragmentation and enclosure of the supply
chain by COVID19, requiring collaboration beyond existing fields.
Therefore, it is necessary to work beyond the walls of the conventional
academic disciplines. Independent graduate schools (GSES) will
promote the creation of new academic fields and practical solutions todomestic and international issues while taking advantage of their uniquecharacteristics to enhance synergy.
The systematization of academics in the soft processes of resource
strategy has lagged far behind. We have an urgent need to enhance soft
power in addition to hard power for a sustainable society in terms of“Resources,” and it is also necessary to create a mechanism to promote
the introduction of private funding to solve domestic and international
issues for which the private sector has strong demands. There is a serious
shortage of human resources in this field, and the education system inuniversities is becoming weak. We will develop human resources as an
academic project.

2. Carbon Circulation Using Industrial
Infrastructure(Environmental Materials Division)

Fig.1 Institute for Resource Initiatives.

① 既存のリサイクルプロセスを凌駕するエネルギー効率、再利用率を実現するプロセス開発② 新たな原理に基づく新循環社会システムの提案③ 新プロセス、新システムの社会還元を軸とする自治体、企業との連携研究をプロジェクト展開する

In order to implement a carbon cycle, the utilization of existing
infrastructure, mainly in the core industries, has a major effect. In
particular, it is essential to build a new biorefinery that strengthens thecooperation between the arterial industry and the venous industry, andconvert oil resources into biomass. This year, we exchanged information
with related organizations from the above perspective, participated as acommittee member at a meeting on carbon neutralization in the
Yokkaichi Industrial Complex, and examined the possibility of widearea cooperation beyond the area of the complex.

Fig.2 The study of resource strategy requires integration of social, informatics and natural science.

66 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 2022

67

3. 金属資源のトレーサビリティ技術の開発（社会・文化部門）
全性、持続可能性の向上に貢献するが、一般的に、一次採掘の鉱
山と最終生産の現場は離れているため、サプライチェーンを追跡することは困難である。たとえば、適切な土地権利、探鉱・採掘許可、鉱物輸送許可などを得ずに行われる違法採掘は、森林伐採、汚染などの環境問題を引き起こしていること、人権侵害を伴い、労働環ことで企業イメージの低下につながるが、このことを可視化する技
術は十分には開発されていない。Fig.4 は、金属鉱石鉱物、金属材料に含まれるごく微量の希土類元素パターンを金属資源のトレーサーとして応用可能かについて検討し、希土類元素パターンを機械学習によってパターン識別を行った例である。タングステン鉱床は
ペグマタイト、スカルン、熱水鉱脈鉱床などさまざまなタイプがあり、産状と産地により異なる希土類元素パターンを示すが、材料となる
WC（タングステンカーバイド）は、ほぼ同じパターンを示す（図上でクラスターとして分布する）。このことは、希土類元素パターンの変遷を追跡することで、原鉱石から原材料まで追跡可能であることを示唆している。
また、本部門では下記 2 件の共同研究を開始した。

◎ 循環経済の実現に向けた新しいビジネスモデル構築に関する共同研究（株式会社 ROOTS）

近年、電気自動車をはじめとする次世代自動車の普及が進んでThere are various types of tungsten deposits, such as pegmatite, skarn,
and hydrothermal vein deposits. They show different REE patterns
depending on the type of deposit and its origin, but the WC (tungsten
carbide) material shows almost the same pattern (distributed as clusters
on the diagram). This suggests that it is possible to trace the evolution of
the REE patterns from the ore to the raw material.
In addition, this division initiated the following two collaborative
research projects.
◎ Collaborative research in building a new businessmodel to achieve the circular economy
with ROOTS Co.,Ltd.
In recent years, the spread of next-generation vehicles such as EVs has
risen, and the movement of resource nationalism in developed
countries is intensifying. This study compares and analyzes
international trends in resource diplomacy, decarbonizing andcircular economy, and proposes a sustainable business model for therecycling of resources using case studies on End-of-life batteries andelectrical components. It is important to achieve this research objective
through an accurate analysis of the actual situation of international
ELV recycling and the distribution of used cars and parts.

おり、先進国を中心に資源ナショナリズムの動きが強まっている。
本研究は、資源外交、脱炭素、循環経済の国際動向を分析し、使用済みバッテリーや電装品などを事例に、持続可能な資源循
環のビジネスモデルを作ることを目指している。本研究目的を達成するためには、国際的な自動車リサイクル、中古車と中古部品の流通状況を正確に把握することが重要である。

の廃棄物資源の輸入禁止などと密接な関係があり、もはや地球規模環境課題として認識されている。特に、リサイクル効率を向上させるためには、複雑化、多様化している廃プラスチックの素材を適切に選別する必要がある。本研究は 、被覆電線の廃棄物を事例に、テラヘルツ波を利用した PE と PVC 選別装置の試作機を開発することを目的としている。

4. 責任ある鉱物資源サプライチェーンを目指して（情報・システム部門）
JST 未来社会創造事業「顕在化する社会課題の解決」領域「持続可能な環境・自然資本を実現し活用する新たな循環社会システムの構築」における探索加速型プロジェクト「鉱物資源のサプライチェー
ンリスク最小化に向けたリソースロジスティクス解析システムの構築」（研究代表者：松八重一代 2021.11-2024.3）共催により、2022 年
10 月 30 日に 福 岡 国 際 会 議 場で 国 際 シン ポ ジ ウム “ Mercury
Legacy in Artisanal and Small-Scale Gold Mining” を開催した。小規模金採掘（Artisanal and Small-Scale Gold Mining：
ASGM）で行われる不適正な採掘活動と水銀を用いたアマルガム製錬に関わる環境・社会的影響について、その実態把握に関する研究と対策について、専門家が対面・オンラインのハイブリッド形式でPlastic waste issues are closely related to ocean pollution, increasing
one-way containers and China’s ban on importing waste. As a result,
it is already recognized as a major global problem. In particular, inorder to improve the recycling rate, it is necessary to properly sorteach plastic, which is becoming more complex and diversified. The
objective of this research is to develop the prototype of a sorting
device for the waste from coated electrical wire (PE and PVC) using
terahertz waves.

4. Forwarding Responsible Mineral
Supply Chains (Informatics Division)
The event entitled "Mercury Legacy in Artisanal and Small-Scale Gold
Mining" was presented at the Fukuoka Convention Center on October30, 2022, to strengthen cooperation among experts in this field, fosteringsound management in artisanal and small-scale gold mining. The
participants actively exchanged their views on mercury use, trade, andpollution in the environment, and emphasized the need for all parties
involved in various countries and territories to continue their efforts andfurther strengthen mutual collaboration and technical assistance toresolve these issues. This event was collaboratively organized by the
JST-Mirai Program (“System development of resource logistics toward
minimizing the supply chain risks of mineral resources: JPMJMI21I5”)of the Japan Science and Technology Agency (PL: Prof. Kazuyo
Matsubae,2021.11-2024.3).

集い意見交換を行った。

非生物資源

エネルギー、
水、物質

UMAP1

生物資源

廃プラスチック問題は、海洋汚染、使い捨て容器の増加、中国◎ Collaborative research on the sorting of
granular plastic using terahertz waves
with SATAKE Corporation

Fig.5 Measuring transmissivity of plastic materials (PVC & PE) by terahertz waves.

計算資源

人、生物多様性、
食糧関する共同研究（株式会社サタケ）

Institute for Resource Initiatives

境が劣悪であること、違法採掘で発掘された金属材料を使用する

The traceability of metal resources and materials contributes to thequality, safety, and sustainability of metal products, but it is difficult totrace the supply chain because the primary mine and the final production
site are generally far apart. For example, illegal mining conductedwithout proper land rights, exploration and mining permits, or mineraltransportation permits causes deforestation, pollution, and otherenvironmental problems; it involves human rights abuses and poor
working conditions, and the use of metal materials excavated throughillegal mining can damage the corporate image. The technology tovisualize this has not been fully developed. This study examines thepossibility of applying very small amounts of rare earth element (REE)patterns contained in metal ore minerals and metal materials as tracersof metal resources. An example of the identification of rare earth element
patterns by machine learning is shown in Figure.

◎ テラヘルツを用いた粗粒状のプラスチックの選別に

資源戦略研究センター

金属資源や金属材料のトレーサビリティは、金属製品の品質、安3. Traceability for Metal Resources(Social & Cultural Division)

持続社会Fig.3 Bio-non-Bio and Informatics resources that are all of “Resources”.

UMAP 0
Fig.4 REE pattern and classification of REE pattern by machine-learning(UMAP).

68 Coexistence Activity Report 2022

Fig.6 Group photo at the ASGM event.

Coexistence Activity Report 202269

業績レポート

地球物質・エネルギー学分野【論文】● Continental arc-derived eclogite in the Zavkhan Terrane,
western Mongolia: Implications for the suture zone in thenorthern part of the Central Asian Orogenic Belt. [Journal

先進社会環境学専攻

環境複合材料創成科学分野【論文】● Controlled introduction of defects into single-walledcarbon nanotubes via a fluorination-defluorination strategy
using xenon difluoride and their alkaline oxygen reduction
reaction catalytic activity. [Journal of Colloid and Interface
Science, 627, (2022), pp. 168-179] Koji Yokoyama, Issei

Okamoto, A., Dandar, O., Uno, M., Tsuchiya, N.
● Dehydration of brucite + antigorite under mantle
Kazuki Sugawara, Mei-Fang Chien, Chihiro Inoue, Keisuke

wedge conditions: insights from the direct comparison

Miyauchiof microstructures before and af ter experiments .

● Efficient biodegradation of 1,4-dioxane commingled[Contributions to Mineralogy and Petrology, 177, (2022), 87]with additional organic compound: Role of interspecies

Takayoshi Nagaya, Atsushi Okamoto, Masanori Kido, Juninteractions within consortia. [Chemosphere, 308(3), (2022),

Muto, Simon R. Wallis

136440] Tanmoy Roy Tusher, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien● Development of open transport of aqueous fluid from● Empirical Evidence of Arsenite Oxidase Gene as anpegmatite revealed by trace elements in garnet. [Geofluids,

Indicator Accounting for Arsenic Phytoextraction by Pteris

vittata . [International Journal of Environmental Research and(2022), 8786250] Astin Nurdiana, Atsushi Okamoto,
Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya

Public Health, 19(3), (2022), 1796] Ning Han, Chongyang● High-temperature silicified zones as potential caprocks

Yang, Shunya Shimomura, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chienof supercritical geothermal reservoirs. [Geothermics, 105,

● From Surface Water to the Deep Sea: A Review on(2022), 102475] Fajar Febiani Amanda, Noriyoshi Tsuchiya,

Factors Affecting the Biodegradation of Spilled Oil in Marine

Vani Novita Alviani, Masaoki Uno, Ryoichi Yamada, Shota

環境素材設計学分野

Environment. [Journal of Marine Science and Engineering,

Shimizu, Ryosuke Oyanagi【論文】

10(3), (2022), 426] Hernando Pactao Bacosa, Sheila Mae B.

● Machine-learning techniques for quantifying the protolith

Ancla, Cris Gel Loui A. Arcadio, John Russel A. Dalogdog,

composition and mass transfer history of metabasalt.

Dioniela Mae C. Ellos, Heather Dale A. Hayag, Jiza Gay P.

[Scientific Reports, 12(1), (2022), 1385] Matsuno, S., Uno, M.,

Jarabe, Ahl Jimhar T. Karim, Carl Kenneth P. Navarro, Mae

Okamoto, A., Tsuchiya, N.

Princess I. Palma, Rodolfo A. Romarate, Kaye M. Similatan,● Slab-derived fluid storage in the crust elucidated byJude Albert B. Tangkion, Shann Neil A. Yurong, Jhonamie A.

earthquake swarm. [Communications Earth & Environment,

Mabuhay-Omar, Chihiro Inoue, Puspa L. Adhikari

3(1), (2022), 286] Yusuke Mukuhira, Masaoki Uno, Keisuke● Recent progress in noble metal electrocatalysts

Yoshidafor nitrogen-to-ammonia conversion. [Renewable and● Volatile-consuming reactions fracture rocks and self-

Sustainable Energy Reviews, 168, (2022), 112845] Xufeng

accelerate fluid flow in the lithosphere. [Proceedings of theRao, Minmin Liu, Meifang Chien, Chihiro Inoue, Jiujun Zhang,

National Academy of Science, 119(3), (2022), e2110776118]

Yuyu Liu

Masaoki Uno, Kodai Koyanagawa, Hisamu Kasahara, Atsushi● Rhizospheric plant-microbe synergistic interactions

Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya

Mamiya, Hiromu Morita, Yoshinori Sato, Kenta Sato, Tetsuo
Nishida, Yoshinori Sato

● Calcium phosphate cements comprising sphericalporous calcium phosphate granules: synthesis, structure,and properties. [Journal of Asian Ceramic Societies, 10(4),(2022), pp. 731-738] Masanobu Kamitakahara, Kanau
Asahara, Hideaki Matsubara● Preparing dense Yb2SiO5 sintered bodies from Yb-Si-O
powder synthesized by the polymerizable complex method
and appropriate calcination. [Journal of the CeramicSociety of Japan, 130(1), (2022), pp. 118-122] Taishi YOKOI,
Hideaki MATSUBARA, Takuto KAMITANI, Sota TERASAKA,
Masanobu KAMITAKAHARA● Sustainable process for enhanced CO2 mineralization of
calcium silicates using a recyclable chelating agent underalkaline conditions. [Journal of Environmental Chemical
Engineering, 10(1), (2022), 107055] Jiajie Wang, Noriaki
Watanabe, Kosuke Inomoto, Masanobu Kamitakahara,
Kengo Nakamura, Takeshi Komai, Noriyoshi Tsuchiya●超微粒超硬合金の曲げ破壊の実験と DEM シミュレーション. [ 粉体および粉末冶金 , 69, (2022), pp. 249-256] 加藤大夢 , 松原秀彰 ,寺坂宗太 , 高田真之 , 上高原理暢
【総説・解説】●微生物と非生物の狭間から見る付着性 . [ 生物工学会誌 , 100(7),(2022), p. 380] 梅津将喜

achieve efficient arsenic phytoextraction by Pteris vittata .

【総説・解説】[Journal of Hazardous Materials, 434, (2022), 128870]●岩石の「模様」から地下の流体反応プロセスを解読する. [ 地球惑Chongyang Yang, Ning Han, Chihiro Inoue, Yu-Liang Yang,

星科学連合ニュースレター誌 , 18(1), (2022), pp. 10-11] 岡本敦

Hideaki Nojiri, Ying-Ning Ho, Mei-Fang Chien●沈み込み帯の含水マントルの炭酸塩化作用―自己促進的な反応 -● Second - generation bioethanol production from

破壊カップリング現象―. [ 月刊地球 11-12 月合併号 , (2022), pp.

phytomass after phytoremediation using recombinant

566-572, 海洋出版 ] 岡本敦

bacteria-yeast co-culture. [Fuel, 326, (2022), 124975]
Tanmoy Roy Tusher, Jui-Jen Chang, Maria Ita Saunivalu,

地球開発環境学分野（高橋弘研）

Inoue, Mei-Fang Chien【論文】● Separation of microplastic from soil by centrifugationand its application to agricultural soil. [Chemosphere, 288,
Chien, Chihiro Inoue● Subcellular localization and chemical speciation● Arsenic uptake by Pteris vittata in a subarctic arsenic-of Cd in Arabidopsis halleri ssp. gemmifera to reveal

contaminated agricultural field in Japan: An 8-year study.

its hyperaccumulating and detoxification strategies.

[Science of The Total Environment, 831, (2022), 154830][Environmental and Experimental Botany, (2022), 105047]

Yi Huang-Takeshi Kohda, Ginro Endo, Nobuyuki Kitajima,

Syarifah Hikmah Julinda Sari, Mei-Fang Chien, Chihiro Inoue

70 Coexistence Activity Report 2022

Tomoaki SATOMI, Hiroshi TAKAHASHI●軟弱砂質土を走行する履帯による土の変形挙動 . [ テラメカニックス ,42, (2022), pp. 1-6] 中尾紘彰 , 里見知昭 , 高橋弘

地球開発環境学分野（坂口研）【論文】●A numerical study on the creation of artificial supercritical
geothermal reservoirs by hydraulic fracturing. [Geothermics,
105, (2022), 102500] Kimio Watanabe, Norihiro Watanabe,
Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Masaatsu Aichi,
Hisanao Ouchi, Hiroshi Asanuma● CO 2 Injection-Induced Shearing and Fracturing in
Naturally Fractured Conventional and Superhot Geothermal
Environments. [Rock Mechanics and Rock Engineering,(2022)] Eko Pramudyo, Ryota Goto, Kiyotoshi Sakaguchi,
Kengo Nakamura, Noriaki Watanabe● Erratum to “CO 2 injection-induced complex cloudfracture networks in granite at conventional and superhot
geothermal conditions” [Geothermics 97 (2021) 102265].
[Geothermics, 101, 102340] Eko Pramudyo, Ryota Goto,
Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Kengo Nakamura,Takeshi Komai● Wellbore stability in high-temperature granite under true
triaxial stress. [Geothermics, 100, 102334] Ryota Goto,
Kiyotoshi Sakaguchi, Francesco Parisio, Keita Yoshioka, Eko
Pramudyo, Noriaki Watanabe

エネルギー資源学講座
分散エネルギーシステム学分野【論文】● Deformation mechanism of Ni(O)-yttria-stabilized zirconia
upon reduction and its effect on cell stress evolution in solidoxide fuel cells. [Journal of Power Sources, 550, (2022),
232116] Junya Tanaka, Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya
Kawada, Toshiyuki Hashida● Effects of temperature and hydrogen concentration
during reduction on deformation behavior of NiO-yttria
stabilized zirconia used in solid oxide fuel cells. [Journal

Sosuke Wakasa, Wen-Hsiung Li, Chieh-Chen Huang, Chihiro(2022), 132654] Guido Grause, Yamato Kuniyasu, Mei-Fang

環境修復生態学分野

カニックス , 42(1), (2022), pp. 55-60] Nguyen Truong Van Loc,of Asian Earth Sciences, 229, (2022), 105150] Bayarbold, M.,

基幹講座
資源戦略学講座●ジオポリマーを用いた改良土の機械的特性に関する研究 . [ テラメ● Effects of agricultural by-product on mechanicalproperties of cemented waste soil. [Journal of Cleaner
Production, 365, (2022), 132814] Nga Thanh Duong, Khiem
Quang Tran, Tomoaki Satomi, Hiroshi Takahashi● Study on Mechanical Properties of Cemented Soil
Reinforced by Empty Fruit Bunch(EFB). [International Journalof the Society of Materials Engineering for Resources, 25(1),of Power Sources, 535, (2022), 231384] Junya Tanaka,
Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Toshiyuki
Hashida● Performance and stability analysis of SOFC containing
thin and dense gadolinium-doped ceria interlayer sinteredat low temperature. [Journal of Materiomics, 8(2), (2022),
pp. 347-357] Yige Wang, Chuan Jia, Zewei Lyu, MinfangHan, Junwei Wu, Zaihong Sun, Fumitada Iguchi, Keiji Yashiro,
Tatsuya Kawada(2022), pp. 109-114] Delima Canny Valentine Simarmata,Tomoaki Satomi, Hiroshi Takahashi
Coexistence Activity Report 2022

71

エネルギー資源リスク評価学分野【論文】● A geochemical approach for source apportionment andenvironmental impact assessment of heavy metals in a CuNi mining region, Botswana. [Environmental Earth Sciences,81(5), (2022), Article 138] Fiona Motswaiso, Jiajie Wang,
Kengo Nakamura, Noriaki Watanabe, Takeshi Komai●A numerical study on the creation of artificial supercritical
geothermal reservoirs by hydraulic fracturing. [Geothermics,
105, (2022), 102500] Kimio Watanabe, Norihiro Watanabe,
Noriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Masaatsu Aichi,
Hisanao Ouchi, Hiroshi Asanuma● CO 2 Injection-Induced Shearing and Fracturing in
Naturally Fractured Conventional and Superhot Geothermal
Environments. [Rock Mechanics and Rock Engineering,in groundwater of Nawalparasi-West, Nepal: an investigation

Science, 10, (2022), 1068656] Rina Yoshioka, Kengo● Volatile-consuming reactions fracture rocks and self-with suggested countermeasures for South Asian Region.

Nakamura, Ryota Sekiai, Jiajie Wang, Noriaki Watanabe

accelerate fluid flow in the lithosphere. [Proceedings of the[Environmental Monitoring and Assessment, 194, (2022),● Electrical conductivit y of H 2 O -NaCl fluids under

National Academy of Science, 119(3), (2022), e2110776118]

582] Tunisha Gyawali, Susmita Pant, Keizo Nakamura,supercritical geothermal conditions and implications for

Masaoki Uno, Kodai Koyanagawa, Hisamu Kasahara, Atsushi

Takeshi Komai, Shukra Raj Paudel

deep conductors observed by the magnetotelluric method.

Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya● Sustainable process for enhanced CO2 mineralization of[Geothermics, 101, 102361] Watanabe, N., Mogi, T., Yamaya,【総説・解説】

calcium silicates using a recyclable chelating agent underY., Kitamura, K., Asanuma, H., Tsuchiya, N.

●テレワークと温泉熱利用による環境負荷低減効果の検証：鳴子地

alkaline conditions. [Journal of Environmental Chemical● Estimation of an ultra-high-temperature geothermal

域のケーススタディー . [ 日本地熱学会誌 , 44(3), (2022), pp. 111-

Engineering, 10(1), (2022), 107055] Jiajie Wang, Noriaki

reser voir model in the Kakkonda geothermal field,

122] 鈴木杏奈 , 長谷川諒 , 稗貫峻一 , 窪田ひろみ , 伊藤高敏

Watanabe, Kosuke Inomoto, Masanobu Kamitakahara,

northeastern Japan. [Geothermics, 105, (2022), 102525]●ナッジの設計における進化シミュレーションの活用―特集 エネル

Kengo Nakamura, Takeshi Komai, Noriyoshi Tsuchiya

Yota Suzuki, Takashi Akatsuka, Yusuke Yamaya, Norihiro

ギーシステムの進化と OR. [ オペレーションズ・リサーチ , 67(12),●不飽和土壌からの揮発性化合物の揮発フラックスの定量的予測モデ

Watanabe, Kyosuke Okamoto, Kazumi Osato, Tatsuya(2022), pp. 676-681] 小松秀徳 , 窪田ひろみ , 田中伸幸 , 大橋弘忠

ルの開発―土壌カラム試験のヒストリーマッチングによる関連パラメー

Kajiwara, Yasuo Ogawa, Toru Mogi, Noriyoshi Tsuchiya,●洋上風力発電への受容性に対するナッジの効果 . [ 環境科学会年会

タの検証―. [ 土木学会論文集 G（環境）, 78(3), (2022), pp. 87-103]

Hiroshi Asanuma

講演要旨集（Web）, (2022)] 小松秀徳 , 窪田ひろみ , 永井雄宇 , 朝

近藤 萌波 , 坂本 靖英 , 川辺 能成 , 中村 謙吾 , 渡邉 則昭 , 駒井 武

● High-temperature silicified zones as potential caprocks

野賢司

of supercritical geothermal reservoirs. [Geothermics, 105,

【著書】

(2022), 102475] Fajar Febiani Amanda, Noriyoshi Tsuchiya,●地熱エネルギーの疑問 50. [ 日本地熱学会 編 , (2022), 成山堂書Vani Novita Alviani, Masaoki Uno, Ryoichi Yamada, Shota

店 ] 窪田ひろみ(2022)] Eko Pramudyo, Ryota Goto, Kiyotoshi Sakaguchi,
Kengo Nakamura, Noriaki Watanabe● Effectiveness and characteristics of atmospheric CO2
removal in croplands via enhanced weathering of industrial
Ca-rich silicate byproducts. [Frontiers in Environmental
Science, 10, (2022), 1068656] Rina Yoshioka, Kengo
Nakamura, Ryota Sekiai, Jiajie Wang, Noriaki Watanabe● Electrical conductivit y of H 2 O -NaCl fluids under
supercritical geothermal conditions and implications fordeep conductors observed by the magnetotelluric method.
[Geothermics, 101, 2022, 102361] Watanabe, N., Mogi, T.,

環境共生機能学分野【論文】● Controlled introduction of defects into single-walledcarbon nanotubes via a fluorination-defluorination strategy
using xenon difluoride and their alkaline oxygen reduction
reaction catalytic activity. [Journal of Colloid and Interface
Science, 627, (2022), pp. 168-179] Koji Yokoyama, Issei
Mamiya, Hiromu Morita, Yoshinori Sato, Kenta Sato, Tetsuo
Nishida, Yoshinori Sato

Yamaya, Y., Kitamura, K., Asanuma, H., Tsuchiya, N.
● Erratum to “CO 2 injection-induced complex cloud-● Late-Holocene salinity changes in Lake Ogawara,
Pacific coast of northeast Japan, related to sea-level
fall inferred from sedimentary geochemical signatures.
[Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 592,
(2022), 110907] Fumiko Watanabe Nara, Takahiro Watanabe,
Tetsuya Matsunaka, Shin-ichi Yamasaki, Noriyoshi Tsuchiya,
Koji Seto, Kazuyoshi Yamada, Yoshinori Yasuda● Machine-learning techniques for quantifying the protolithcomposition and mass transfer history of metabasalt.

fracture networks in granite at conventional and superhot

国際エネルギー資源学分野

geothermal conditions” [Geothermics 97 (2021) 102265].

【論文】[Geothermics, 101, 102340] Eko Pramudyo, Ryota Goto,● A geochemical approach for source apportionment andNoriaki Watanabe, Kiyotoshi Sakaguchi, Kengo Nakamura,environmental impact assessment of heavy metals in a Cu-

Takeshi Komai

Ni mining region, Botswana. [Environmental Earth Sciences,● Influence of non-uniform flow on toxic elements

81(5), (2022), Article 138] Fiona Motswaiso, Jiajie Wang,transport in soil column percolation test. [Heliyon, 8(11),Kengo Nakamura, Noriaki Watanabe, Takeshi Komai(2022), e11541] Kyouhei Tsuchida, Kengo Nakamura, Noriaki● Continental arc-derived eclogite in the Zavkhan Terrane,

Watanabe, Takeshi Komai

western Mongolia: Implications for the suture zone in the● Potentially toxic elements pose significant and long-term

northern part of the Central Asian Orogenic Belt. [Journal

human health risks in river basin districts with abandonedof Asian Earth Sciences, 229, (2022), 105150] Manzshir

gold mines. [Environmental Geochemistry and Health, 44,

Bayarbold, Atsushi Okamoto, Otgonbayar Dandar, Masaoki(2022), pp. 4685-4702] Arie Pujiwati, Kengo Nakamura,Uno, Noriyoshi Tsuchiya

Jiajie Wang, Yoshishige Kawabe, Noriaki Watanabe, Takeshi● Cross-cultural comparison of nudging effects for

Komai

environmental protection: A case-study of risk-averse● Role of water in unexpectedly large changes in emission

attitudes toward disposable plastics. [PloS one, 17(11),flux of volatile organic compounds in soils under dynamic(2022), e0277183] Hidenori Komatsu, Hiromi Kubota,

temperature conditions. [Scientific Reports, 12, (2022),

Nobuyuki Tanaka, Mariah Griffin, Jennifer Link, Glenn Geher,

4418] Asma Akter Parlin, Monami Kondo, Noriaki Watanabe,

Maryanne L Fisher

Kengo Nakamura, Jiajie Wang, Yasuhide Sakamoto, Takeshi● Development of Open Transport of Aqueous Fluid from

Komai

Pegmatite Revealed by Trace Elements in Garnet. [Geofluids,● Significance of soil moisture on temperature dependence(2022), 8786250] Astin Nurdiana, Atsushi Okamoto,of Hg emission. [Journal of Environmental Management,

Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya

305, (2022), 114308] S. Zhao, A. Terada, K. Nakamura, M.

● Effectiveness and characteristics of atmospheric CO2Nakashima, T. Komai, S. Riya, M. Hosomi, H. Houremoval in croplands via enhanced weathering of industrial●Spatial and temporal distribution of arsenic contamination

Ca-rich silicate byproducts. [Frontiers in Environmental

72 Coexistence Activity Report 2022

Shimizu, Ryosuke Oyanagi[Scientific Reports, 12, (2022), 1385] Satoshi Matsuno,
Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya● Potentially toxic elements pose significant and long-term
human health risks in river basin districts with abandoned
gold mines. [Environmental Geochemistry and Health, 44,(2022), pp. 4685-4702] Arie Pujiwati, Kengo Nakamura,
Jiajie Wang, Yoshishige Kawabe, Noriaki Watanabe, Takeshi
Komai● Role of water in unexpectedly large changes in emission
flux of volatile organic compounds in soils under dynamic
temperature conditions. [Scientific Reports, 12, (2022),4418] Asma Akter Parlin, Monami Kondo, Noriaki Watanabe,
Kengo Nakamura, Jiajie Wang, Yasuhide Sakamoto, Takeshi
Komai● Searching for the universality of nudging: A cross-culturalcomparison of the information effects of reminding people
about familial support. [PloS one, 17(11), (2022), e0277969]
Hidenori Komatsu, Hiromi Kubota, Nobuyuki Tanaka,
Hirotada Ohashi, Mariah Griffin, Jennifer Link, Glenn Geher,
Maryanne L Fisher● Sustainable process for enhanced CO2 mineralization of
calcium silicates using a recyclable chelating agent underalkaline conditions. [Journal of Environmental Chemical
Engineering, 10(1), (2022), 107055] Jiajie Wang, Noriaki

環境政策学講座
環境・都市エネルギー学分野【論文】● A framework to evaluate the energy-environmenteconomic impacts of developing rooftop photovoltaics
integrated with electric vehicles at city level. [Renewable
Energy, 200, (2022), pp. 647-657] Junling Liu, Mengyue Li,
Liya Xue, Takuro Kobashi● Assessment of waterfront office redevelopment plan on
optimal building arrangements with rooftop photovoltaics:
A case study for Shinagawa, Tokyo. [energies, 15(3), (2022),
pp. 1-15] Younghun Choi, Takuro Kobashi, Yoshiki Yamagata,
Akito Murayama● Comment on “comparison of holocene temperaturereconstructions based on GISP2 multiple-gas-isotope
measurements” by Döring and Leuenberger (2022).
[Quaternary Science Reviews, 298, (2022), 107707] Takuro
Kobashi, Tosiyuki Nakaegawa● Energy infrastructure transitions with PV and EV
combined systems using techno-economic analyses for
decarbonization in cities. [Applied Energy, 319, (2022),
119254] Soowon Chang, Jun-young Cho, Jae Heo, JunsukKang, Takuro Kobashi● Rapid rise of decarbonization potentials of photovoltaics
plus electric vehicles in residential houses over commercial
districts. [Applied Energy, 306, (2022), 118142] Takuro
Kobashi, Younghun Choi, Yujiro Hirano, Yoshiki Yamagata,
Kelvin Say【総説・解説】● SolarEV シティー構想の可能性 - 都市のカーボンニュートラル実現に向けた戦略 . [ ベース設計資料 , 191, (2022), pp. 37-39] 小端拓郎

Watanabe, Kosuke Inomoto, Masanobu Kamitakahara,
Kengo Nakamura, Takeshi Komai, Noriyoshi Tsuchiya

Coexistence Activity Report 202273

環境・エネルギー経済学分野【論文】● A solid-state electrolysis process for upcycling aluminium
scrap. [Nature, 606, (2022), pp. 511-515] Xin Lu, Zhengyang
Zhang, Takehito Hiraki, Osamu Takeda, Hongmin Zhu,
Kazuyo Matsubae, Tetsuya Nagasaka● Energy recovery from end-of-life vehicle recycling in
Cameroon: A system dynamics approach. [Journal of

Keiichiro Kanemoto【総説・解説】● Depression among middle-aged adults in Japan: The● Multi-perspective Structural Analysis of Supply Chain●温泉のモニタリングとその活用について . [ 生活と環境 2022 年 9role of the built environment design. [Landscape & Urban

Networks. [Economic Systems Research, 34(2), (2022),

月号 , (2022)] 浅沼宏

Planning, 231, March 2023, 104651, (2022)] Koohsari, M.

pp. 199-214] Tesshu Hanaka, Keiichiro Kanemoto, Shigemi●地熱資源の適正利用へ向けた挑戦 第一回「地熱資源の適正利用とJ., Yasunaga, A., McCormack, G. R., Shibata, A., Ishii, K.,

Kagawaは」[ スマートグリッド 2022 年 7 月号 , (2022)] 浅沼宏

Nakaya, T., Hanibuchi, T., Nagai, Y., & Oka, K.

【総説・解説】●地熱資源の適正利用へ向けた挑戦 第三回「地熱資源適正利用のた● Development of a method for walking step observation●サプライチェーンと環境問題―個人､ 都市､ 企業の観点から . [ 科学 ,めのモニタリング技術―その１―」[ スマートグリッド 2023 年 1 月号 ,based on large-scale GPS data. [International Journal of

92(12), (2022), pp. 1090-1094] 金本圭一朗(2022)] 浅沼宏

Health Geographics, 21, (2022), 10] Shohei Nagata, Tomoki【著書】

Nakaya, Tomoya Hanibuchi, Naoki Nakaya, Atsushi Hozawa●地熱エネルギーの疑問 50. [ 日本地熱学会 編 , (2022), 成山堂書● Does the Integration of Migrants in the Host Society

店 ] 浅沼宏（Q32，T2 を執筆）

Raise COVID-19 Vaccine Acceptance? Evidence From a

Cleaner Production, 361, (2022), 132090] Solange Ayuni
Numfor, Yutaka Takahashi, Kazuyo Matsubae● Food Nitrogen Footprint of the Indian Subcontinent
Toward 2050. [Frontiers in Nutrition, 9, (2022), 899431]
Aurup Ratan Dhar, Azusa Oita, Kazuyo Matsubae● Multi-regional land disturbances induced by mineral use
in a product-based approach: A case study of gasoline,
hybrid, battery electric and fuel cell vehicle production in
Japan. [Resources, Conservation and Recycling, 178, (2022),
106093] Shoki Kosai, Liao Hanqing, Zhengyang Zhang,
Kazuyo Matsubae, Eiji Yamasue● Sustainability of Ver tical Farming in Comparison

寄附講座 （DOWA ホールディングス）環境物質政策学講座
地圏環境政策学分野【論文】●リチウムイオン電池の資源性と将来展望 電池関連制度の海外動向に関する考察―EU のリチウムイオン電池関連制度を中心として―. [ 廃棄物資源循環学会誌 , 33(3), (2022), pp. 204-213] 齋藤優子 , 白
鳥寿一

Nationwide Survey in Japan. [Journal of Immigrant andMinority Health, (2022), https://doi.org/10.1007/s10903-

先端環境創成学専攻

022-01402-z] Yuanyuan Teng, Tomoya Hanibuchi, Tomoki

基幹講座● Dose-Response Relationship Between Life-Space

都市環境・環境地理学講座
環境地理学分野

with Conventional Farming: A Case Study in Miyagi【論文】

Prefecture, Japan, on Nitrogen and Phosphorus Footprint.

● Analysis of the risk of theft from vehicle crime in Kyoto,[Sustainability, 14(2), (2022), 1042] Jiarui Liu, Azusa Oita,
Kentaro Hayashi, Kazuyo Matsubae

連携講座● Why do some countries receive more international

環境リスク評価学分野（産業技術総合研究所）

financing for coal-fired power plants than renewables?

● 3-D resistivity imaging of the supercritical geothermal

Influencing factors in 23 countries. [Energy for Sustainable
Development, 66, (2022), pp. 177-188] Achmed Edianto,
Gregory Trencher, Kazuyo Matsubae●沖永良部島の経済と環境 . [Journal of Life Cycle Assessment,
18(3), (2022), pp. 152-158] 三橋正枝 , 澤田成章 , 古川柳蔵 , 松八
重一代
【総説・解説】● Sustainable phosphorus supply by phosphorus recovery
from steelmaking slag: a critical review. [Resources,
Conservation and Recycling. 180, (2022), 106203] Huafang
Yu, Xin Lu, Takahiro Miki, Kazuyo Matsubae, Yasushi Sasaki,
Tetsuya Nagasaka【著書】● Advanced manufacturing and high-quality materials:
phosphorus. [Routledge Handbook of the Extractive
Industries and Sustainable Development, (2022), Routledge]
Kazuyo Matsubae, Eiji Yamasue, Hisao Ohtake● Chapter 8. Consumption - the missing link towards
phosphorus sustainability. [Our Phosphorus Future, (2022),
UK Centre for Ecology and Hydrology, Edinburgh] W.J.
Brownlie, M.A. Sutton, K.V. Heal, D.S. Reay, B.M. Spears

system in the Sengan geothermal region, NE Japan.
[Geothermics, 103, (2022), 102412] Yamaya, Y., Suzuki, Y.,
Murata, Y., Okamoto, K., Watanabe, N., Asanuma, H., Hase, H.,
Ogawa, Y., Mogi, T., Ishizu, K.
●A numerical study on the creation of artificial supercritical
geothermal reservoirs by hydraulic fracturing. [Geothermics,
105, (2022), 10250 0] Watanabe, K ., Watanabe, N.,
Watanabe, N., Sakaguchi, K., Aichi, M., Ouchi, H., Asanuma, H.
● Electrical conductivit y of H 2 O -NaCl fluids under
supercritical geothermal conditions and implications fordeep conductors observed by the magnetotelluric method.
[Geothermics, 101, (2022), 102361] Watanabe, N., Mogi, T.,
Yamaya, Y., Kitamura, K., Asanuma, H., Tsuchiya, N.
● Estimation of an ultra-high-temperature geothermal
reser voir model in the Kakkonda geothermal field,
northeastern Japan. [Geothermics, 105, (2022), 102525]
Suzuki, Y., Watanabe, N., Akatsuka, T., Yamaya, Y., Okamoto,K., Kanazawa, S., Osato, K., Kajiwata, T., Ogawa, Y., Mogi, T.,
Tsuchiya, N., Asanuma, H.
● Geothermal geology and comprehensive temperaturemodel based on surface and borehole geology in Sengan,
Northeast Japan. [Geothermics, 105, (2022), 102485]

産業エコロジー分野

Akatsuka, T., Saito, R., Kajiwara, T., Osada, K., Nagaso, M.,
Watanabe, N., Tsuchiya, N., Asanuma, H., Kanetsuki, T.

【論文】● Structures and fluid flows inferred from the microseismic● Differentiated responsibilities of US citizens in theevents around a low-resistivity anomaly in the Kakkonda

country’s sustainable dietary transition. [Environmental

geothermal field, Northeast Japan. [Geothermics, 100,

Research Letters, 17(7), (2022), 074037] Oliver Taherzade,(2022), 102320] Okamoto, K., Imanishi, K., Asanuma, H.

74 Coexistence Activity Report 2022

Japan using environmental indicators of streetscapes.
[Crime Science, 11, 13, (2022)] Hiroki M. Adachi and Tomoki
Nakaya● Analytical estimation of maximum fraction of infectedindividuals with one-shot non-pharmaceutical intervention
in a hybrid epidemic model. [BMC Infectious Diseases, 22(1),(2022), 512] Naoya Fujiwara, Tomokatsu Onaga, Takayuki
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学会誌 , 45(3), (2022), pp. 91-105] 寺田昭彦 , 堀知行, 久保田健吾,(2022), 110194] Tomohito Kameda, Kie Waizumi, Shogo術を例としてー .

Masumi Kobayashi, Yu-You Li

栗栖太 , 春日郁朗 , 金田一智規 , 伊藤司

Kumagai, Yuko Saito, Toshiaki Yoshioka[ 成形加工 , 34(7), (2022), pp. 246-249] 熊谷将吾 , 吉岡敏明

78 Coexistence Activity Report 2022

● Production of BTX via Catalytic Fast Pyrolysis of Printed
Circuit Boards and Waste Tires Using Hierarchical ZSM5 Zeolites and Biochar. [ACS Sustainable Chemistry &Coexistence Activity Report 2022

79

資源循環プロセス学講座●炭素循環を可能とする動静脈連携の手立て . [ 環境技術会誌 , 189,

Binti Fakhruddin, Daiki Neyama, Kumi Y. Inoue, Tsuyoki(2022), pp. 1-2] 吉岡敏明

Tayama, Daiki Chiba, Masahito Watanabe, Hitoshi Shiku,●動静脈産業連携によるプラスチックリサイクルと炭素循環 . [ 環境管Fumio Narita

環境グリーンプロセス学分野

理 , 58(12), (2022)] 吉岡 敏明● Electrochemical glue for binding chitosan-alginate【論文】

Properties of Polyethylene Glycol Dimethacrylates for Digital●プラスチックケミカルリサイクルにおける炭素循環とハロゲン循環 .

hydrogel fibers for cell culture. [Micromachines, 13(3),● A Mass-Balance-Consistent Process Inventory Model forLight Processing Printing (Advanced Engineering Materials,[JACI NEWS LETTER, 81, (2022), pp. 2-3] 吉岡敏明

(2022), 420] Yoshinobu Utagawa, Kosuke Ino, Tatsuki

Ion-Exchange Resin Catalyzed Biodiesel Production. [Journal(2021), 23, 9, (2100487), 10.1002/adem.202100487).

●プラスチック資源循環に向けて―ハロゲン循環・制御の必要性と方Kumagai, Kaoru Hiramoto, Masahiro Takinoue, Yuji

of Chemical Engineering of Japan, Vol. 55 (12), (2022)[Advanced Engineering Materials, 24(5), (2022), 2200495]

策 . [ビニリデン協だより, 83, (2022), pp. 1-11] 吉岡敏明 , 齋藤優子,

Nashimoto, Hitoshi Shiku

pp. 349-357] I-Ching Chen, Kousuke Hiromori, Makiko

Satoshi Egawa, Hiroki Kurita, Teruyoshi Kanno, Fumio Narita

熊谷将吾● Electrochemical microwell sensor with Fe-N co-doped

Kato, Hajime Ohno, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Yasuhiro● Design and Optimization of a Multimode Low-Frequency●プラスチックの資源循環社会を支える炭素循環 . [ 生活と環境 ,carbon catalyst to monitor nitric oxide release from

Fukushima

Piezoelectric Energy Harvester. [International Journal of

228, (2022), 109644] Ryosuke Komagome, Kenichi Katabira,Hiroki Kurita, Fumio Narita● Correction to: Effect of Silk Fibroin Concentration on the67(3), (2022), p. 1] 吉岡敏明

endothelial cell spheroids. [Analytical Sciences, 38(10),● Analyzing flue gas properties emitted from power andApplied Mechanics, 14(4), (2022), 2250033] Longfei He,【著書】(2022), pp. 1297-1304. Selected as a hot article] Kaoru

industrial sectors toward heat-integrated carbon capture.

Fumio Narita●プラスチックのケミカルリサイクルにおける触媒研究動向 . [ カーHiramoto, Kazuyuki Iwase, Yoshinobu Utagawa, Yuji

[Energy, 250, (2022), 123775] Koki Yagihara, Hajime Ohno,● Detection of virus-like particles using magnetostrictive

ボンニュートラルを目指す最新の触媒技術 , 室井高城 監修 , (2022),

Nashimoto, Itaru Honma, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku

Alexander Guzman-Urbina, Jialing Ni, Yasuhiro Fukushima

vibration energy harvesting. [Sensors and Actuators A:

pp. 320-335, シーエムシー・リサーチ ] 熊谷将吾 , 吉岡敏明

● Electrochemiluminescence imaging based on bipolar● FIEMA, a system of fuzzy inference and emission

Physical, 345, (2022), 113814] Hiroki Kurita, Siti Masturah,

electrochemistry using commercially available anisotropic

analytics for sustainability-oriented chemical process

Binti Fakhruddin, Daiki Neyama, Kumi Y. Inoue, Tsuyoki

conductive films. [Sensors and Materials, 34(8), (2022), pp.

design. [Applied Soft Computing, 126, (2022), 126(2022)]

Tayama, Daiki Chiba, Masahito Watanabe, Hitoshi Shiku,

3113-3122] Rise Akasaka, Kosuke Ino, Tomoki Iwama, Kumi Y.

Alexander Guzman-Urbina, Kakeru Ouchi, Hajime Ohno,

Fumio Narita

Inoue, Yuji Nashimoto, and Hitoshi Shiku

Yasuhiro Fukushima● Direct and inverse magnetostrictive properties of Fe-● Electrochemiluminescence imaging of cellular adhesion in● Systematic process energy optimization via multi-

Co-V alloy particle-dispersed polyurethane matrix soft

vascular endothelial cells during tube formation on hydrogel

level heat integration: A case study on low-temperaturecomposite sheets. [Sensors and Actuators A: Physical,

scaffolds. [Electrochimica Acta, 415, (2022), 140240]

reforming for methanol synthesis. [Computer Aided

337, (2022), 113427] Hiroki Kurita, Takumi Keino, Takahiro

Kosuke Ino, Keika Komatsu, Kaoru Hiramoto, Yoshinobu

Chemical Engineering, 49, (2022), pp. 1207-1212] Alexander

Senzaki, Fumio Narita

Utagawa, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku

Guzman-Urbina, Haruka Tanaka, Hajime Ohno, Yasuhiro● Effects of Heat Treatment and Cr Content on the● Fabrication of high-density vertical closed bipolar

Fukushima

Microstructures, Magnetostriction, and Energy Harvesting

electrode arrays by carbon paste filling method for two-

● Toward an efficient recycling system: Evaluating

Per formance of Cr‐Doped Fe - Co Alloys. [Advanced

dimensional chemical imaging. [Analytical Chemistry, 94(25),recyclability of end-of-life stainless steels by considering

Engineering Materials, 24(5), (2022), 2101036] Kenya(2022), pp. 8857-8866] Tomoki Iwama, Kumi Y. Inoue,elements distribution during a remelting process. [Journal

Nakajima, Shota Tanaka, Kotaro Mori, Hiroki Kurita, Fumio

Hitoshi Shiku

of Industrial Ecology, 26(5), (2022), pp. 1701-1713] Xin Lu,

Narita● High-sensitivity amperometric dual immunoassay using

Hajime Ohno, Osamu Takeda, Takahiro Miki, Yasushi Sasaki,● Electromechanical characterization and kinetic energy

two cascade reactions with signal amplification of redox

Hongmin Zhu, Tetsuya Nagasaka

harvesting of piezoelectric nanocomposites reinforced with

環境分析化学分野【論文】● Development of a Diradical-platinum(II) Complex
Equipped with a Linker Conjugatable to a Targetingmaterials for Cancer-selective Imaging and Therapy.
[Chemistry Letters, 51(12), (2022), pp. 1157-1159] Ryota
Sawamura, Atsuko Masuya-Suzuki, Nobuhiko Iki● Emergence of the super antenna effect in mixed crystalsof ytterbium and lutetium complexes showing nearinfrared luminescence. [RSC Advances, 12(47), (2022), pp.
30598-30604] Atsuko Masuya-Suzuki, Satoshi Goto, Rika
Nakamura, Ryunosuke Karashimada, Yasuhiro Kubota, Ryo
Tsunashima, Nobuhiko Iki● Lanthanide-calixarene complexes and their applications.
[Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths,
62, (2022), pp. 1-280] Naoya Morohashi, Nobuhiko Iki● Selective crystallization of dysprosium complex fromneodymium/dysprosium mixture enabled by cooperation of
coordination and crystallization. [Chemical Communications,58(14), (2022), pp. 2283-2286] Atsuko Masuya-Suzuki,
Koji Hosobori, Ryota Sawamura, Yumika Abe, Ryunosuke
Karashimada, Nobuhiko Iki●異核ランタニド - チアカリックスアレーン錯体の選択的合成法の開発と発光特性の評価 . [ 分析化学 , 71(3), (2022), pp. 145-151] 唐島田龍之介 , 武者洸貴 , 壹岐伸彦

cycling in nanoscale gap. [Analytical Chemistry, 94(27),(2022), pp. 16451–16460] Kentaro Ito, Kumi Y. Inoue, Kosuke
Ino, Hitoshi Shiku● Highly sensitive electrochemical immunoassay using
signal amplification of coagulation cascade. [Analytical
Chemistry, 94(36), (2022), pp. 12427-12434] Kentaro Ito,
Kumi Y. Inoue, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku● In vitro electrochemical assays for vascular cells andorgans. [Electrochemical Science Advances, 2(5), (2022),
e2100089] Yoshinobu Utagawa, Kaoru Hiramoto, Yuji
Nashimoto, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku● Thermally-drawn multi-electrode fibers for bipolarelectrochemistry and magnified electrochemical imaging.

環境生命機能学分野【論文】● Bipolar-electrode-based electrochromic devices foranalytical applications – A review. [Electroanalysis, 34(2),(2022), pp. 212-226] Siti Masturah Binti Fakhruddin, Kosuke
Ino, Kumi Y. Inoue, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku● Detection of virus-like particles using magnetostrictive
vibration energy harvesting. [Sensors and Actuators: A.
Physical, 345, (2022), 113814] Hiroki Kurita, Siti Masturah

80 Coexistence Activity Report 2022

[Advanced Materials Technologies, 7(5), (2022), 2101066]
Tomoki Iwama, Yuanyuan Guo, Shoma Handa, Kumi Y. Inoue,
Tatsuo Yoshinobu, Fabien Sorin, Hitoshi Shiku●酵素活性を利用するバイオ計測に向けた電気化学基質とシステム .
[ 分析化学 , 71(3), (2022), pp. 109-117] 宇田川喜信 , 伊藤健太郎 ,井上（安田）久美 , 梨本裕司 , 伊野浩介 , 珠玖仁

glass fibers. [Composites Science and Technology, 223,

複合材料設計学分野【論文】● A novel manufacturing method and structural design offunctionally graded piezoelectric composites for energyharvesting. [Materials & Design, 214, (2022), 110371]
Zhenjin Wang, Kohei Maruyama, Fumio Narita● Addi t i ve manu fac tur ing and energ y- har ve s t ing
performance of honeycomb-structured magnetostrictive
Fe 52 -Co 48 alloys. [Additive Manufacturing, 54, (2022),
102741] Hiroki Kurita, Paul Lohmuller, Pascal Laheurte,
Kenya Nakajima, Fumio Narita● Additive Manufacturing of Magnetostrictive Fe-Co Alloys.
[Materials, 15(3), (2022), 709] K. Nakajima, M. Leparoux, H.
Kurita, B. Lanfant, D. Cui, M. Watanabe, T. Sato, F. Narita● Application of deep neural network learning incomposites design. [European Journal of Materials, 2(1),(2022), pp. 118-171] Yinli Wang, Constantinos Soutis,
Daisuke Ando, Yuji Sutou, Fumio Narita● Characteristics of carbon fiber reinforced polymers
embedded with magnetostrictive Fe-Co wires at room andhigh temperatures. [Composites Science and Technology,(2022), 109408] Kohei Maruyama, Yoshihiro Kawakami,
Kotaro Mori, Hiroki Kurita, Yu Shi, Yu Jia, Fumio Narita● Fabrication and electromechanical characterization ofmullite ceramic fiber/thermoplastic polymer piezoelectriccomposites. [Journal of the American Ceramic Society,105(1), (2022), pp. 308-316] Kei Takaishi, Yuki Kubota, Hiroki
Kurita, Zhenjin Wang, Fumio Narita● Impact energy harvesting and storage through ductairflow using magnetostrictive clad films. [AIP Advances,12(11), (2022), 115109] Toshiki Ueno, Hiroki Kurita, Fumio
Narita● k‐Means Clustering for Prediction of Tensile Properties in
Carbon Fiber‐Reinforced Polymer Composites. [Advanced
Engineering Materials, 24(5), (2022), 2101072] Hiroki Kurita,
Masanori Suganuma, Yinli Wang, Fumio Narita● Magnetic properties of Fe-Si-B thin films and theirapplication as stress sensors. [Thin Solid Films, 758, (2022),
139428] Gildas Diguet, Kei Makabe, Joerg Froemel, Hiroki
Kurita, Fumio Narita, Masanori Muroyama● Magneto Elasticity Modeling for Stress Sensors.
[Magnetism, 2(3), (2022), pp. 288-305] Gildas Diguet, Joerg
Froemel, Hiroki Kurita, Fumio Narita, Kei Makabe, Koichi
OhtakaCoexistence Activity Report 2022

81

● Mode-I fracture control of unidirectional laminatedcomposites using MFC actuators. [Journal of Intelligent

環境創成計画学講座● Surface microstructures and oxygen evolution properties

Mahieu, M. Makarova, M. De Maizière, I. Morino, I. Murata, T.

of cobalt oxide deposited on Ir(111) and Pt(111) single crystal

Nagahama, H. Nakajima, J. Notholt, M. Palm, A. Poberovskii,

substrates. [Electrochemical Science Advances, (2022), pp.

M. Rettinger, J. Robinson, A. N. Röhling, M. Schneider, C.

1-9] Naoto Todoroki, Hiroto Tsurumaki, Arata Shinomiya,Servais, D. Smale, W. Stremme, K. Strong, R. Sussmann, Y.

Material Systems and Structures, 33(19), (2022), pp. 2440-

環境分子化学分野

2453] Vikas Kaushik, Nagappa Siddgonde, Fumio Narita,【論文】

Anup Ghosh●脳の老化で脆弱化する神経細胞の新規遺伝子発現統御システムをToshimasa Wadayama

Te, C. Vigouroux, and T. Wizenberg● Multifunctional cellular sandwich structures with

強化する穀物の新規機能性成分に関する研究 . [ 公益財団法人飯島藤【総説・解説】【総説・解説】

optimised core topologies for improved mechanical

十郎記念食品科学振興財団 2021 年度年報 , 37, pp. 367-374] 山國●水電解水素製造装置の高効率化に向けたステンレス鋼電極の開発 .

●オゾン観測ネットワークの現状～札幌と那覇サイトの停止が与える

p r o p e r t i e s a n d e n e r g y h a r v e s t i n g p e r fo r m a n c e .

徹 , 榎本俊樹 , 森口茂樹 , 大田昌樹

[ 金属 , 92(1), (2022), pp. 51-59] 轟直人

影響～ . [ 天気 , 2023. in press.] 林田佐智子 , 中島英彰 , 藤原正智 ,[Composites Part B: Engineering, 238, (2022), 109899]●ひとや環境にやさしい新しい抽出分離溶媒の開発 ～実験の理論予

山内恭 , 金谷有剛 , 笠井康子 , 今村隆史

Boyue Chen, Yu Jia, Fumio Narita, Congsi Wang, Yu Shi

測を目指して～ . [ ひとの健やかでこころ豊かな未来を実現するために●航空機を利用した温室効果ガス観測 . [ 地球環境 , 26 (1 ＆ 2),● Progress on Materials Reinforcement using Mechanically

ひと・健康・未来 , 31, pp. 32-33] 大田昌樹

Defibrillated Cellulose Nanofibers. [Zairyo/Journal of theSociety of Materials Science, Japan, 71(5), (2022), pp. 417423] Hiroki Kurita, Teruyoshi Kanno, Fumio Narita● Self‐ Powered Wearable Piezoelectric Monitoringof Human Motion and Physiological Signals for the
Postpandemic Era: A Review. [Advanced Materials
Technologies, 7(12), (2022), 2200318] Yinli Wang, Yaonan
Yu, Xueyong Wei, Fumio Narita● Stress monitoring capability of magnetostrictive Fe-Co
fiber/glass fiber reinforced polymer composites under fourpoint bending. [Scientific Reports, 12(1), (2022), 22421]
Kenichi Katabira, Tomoki Miyashita, Fumio Narita● Stress sensor performance of sputtered Fe-Si-B alloy
thin coating under tensile and bending loads. [Sensors andActuators A: Physical, 343, (2022), 113652] Hiroki Kurita,
Gildas Diguet, Joerg Froemel, Fumio Narita●Thermal stress control of the polymorphic transformationin MnTe semiconductor films. [Materialia, 24, (2022),
101493] Shunsuke Mori, Yinli Wang, Daisuke Ando, Fumio
Narita, Yuji Sutou● Thermoelectromechanical Characteristics of Piezoelectric
Composites Under Mechanical and Thermal Loading.
[Advanced Engineering Materials, 24(5), (2022), 2101212]
Kotaro Mori, Fumio Narita, Zhenjin Wang, Tadashi Horibe,
Kensuke Maejima● Young’s modulus and ferroelectric property of BaTiO3
films formed by aerosol deposition in consideration ofresidual stress and film thickness. [Japanese Journal ofApplied Physics, 61, (2022), SN1011] Kohei Maruyama,
Yoshihiro Kawakami, Fumio Narita【総説・解説】●合金化亜鉛めっき層のパウダリング耐性改善に向けたスパッタリン
グ成膜による検証 . [ 材料とプロセス（CD-ROM）, 35(2), (2022)]
薗部駿太 , 安藤大輔 , 須藤祐司 , 栗田大樹 , 成田史生
●湿式せん断混合と放電プラズマ焼結により作製した B4C 粒子強化アルミニウム基複合材料の引張特性 . [ 粉体粉末冶金協会講演大会（Web）, (2022)] 小山毅士 , 栗田大樹 , 成田史生 , シャフロン ローラ
ン, デズルス オリビエ , アンドリュー ジェローム

環境材料表面科学分野【論文】● A b n o r m a l M e t a l B o n d D i s t a n c e s i n P t Au A l l oy
Nanoparticles: In Situ Back-Illumination XAFS Investigationsof the Structure of PtAu Nanoparticles on a Flat HOPG
Substrate Prepared by Arc Plasma Deposition. [The Journalof Physical Chemistry C, 126(2), (2022), pp. 1006-1016] Bing
Hu, Bapurao Bharate, Juan D. Jimenez, Jochen Lauterbach,
Naoto Todoroki, Toshimasa Wadayama, Kotaro Higashi,
Tomoya Uruga, Yasuhiro Iwasawa, Hiroko Ariga-Miwa,
Satoru Takakusagi, Kiyotaka Asakura● Activity switching of Sn and In species in Heusler
alloys for electrochemical CO 2 reduction. [Chemical
Communications, 58(31), (2022), pp. 4865-4868] Kazuyuki
Iwase, Takayuki Kojima, Naoto Todoroki, Itaru Honma● Dissolution of constituent elements from various
austenitic stainless steel oxygen evolution electrodes underpotential cycle loadings. [International Journal of Hydrogen
Energy, 47(77), (2022), pp. 32753-32762] Naoto Todoroki,

環境適合材料創製学分野（日本製鉄株式会社）【論文】● (Digital Presentation) Development of an Eam-Type
Interatomic Potential Model Reproducing Theoretical
Energetics in Polytype Structures. [ECS Meeting Abstracts,
55, (2022), 2286] Shinya Ogane, Riku Sato, Yuta Tanaka,
Kazumasa Tsutsui, and Koji Moriguchi● M i x i n g e f fe c t s o f S E M i m a g i n g c o n d i t i o n s o n
convolutional neural network-based low-carbon steel
classification. [Materials Today Communications, 32, (2022),
104062] Kazumasa Tsutsui, Kazushi Matsumoto, Masaki
Maeda, Terusato Takatsu, Koji Moriguchi, Kohtaro Hayashi,● Hydrogen peroxide generation and hydrogen oxidation
reactions of vacuum-prepared Ru/Ir(111) bimetallic surfaces.
[Physical Chemistry Chemical Physics, 24(23), (2022), pp.
14277-14283] Kenta Hayashi, Keisuke Kusunoki, Takeru
Tomimori, Riku Sato, Naoto Todoroki, Toshimasa Wadayama● Nanostructures and Oxygen Evolution Overpotentials ofSurface Catalyst Layers Synthesized on Various Austenitic
Stainless Steel Electrodes. [Electrocatalysis, 13(2), (2022),
pp. 113-126] Naoto Todoroki, Arata Shinomiya, Toshimasa
Wadayama● Nanostructures and Oxygen Evolution Overpotentials ofSurface Catalyst Layers Synthesized on Various Austenitic
Stainless Steel Electrodes. [Electrocatalysis, 13(2), (2022),
pp. 116-125] Naoto Todoroki, Arata Shinomiya, Toshimasa
Wadayama● Oxygen reduction reaction properties of vacuumlayers. [Journal of Vacuum Science & Technology A, 40(1),(2022), 13216] Masashi Watanabe, Takafumi Kanauchi,
Yoshihiro Chida, Kenta Hayashi, Naoto Todoroki, Toshimasa
Wadayama(2022), pp. 37-46] 町田敏暢
●国立環境研究所における温室効果ガスモニタリングの基盤環境（地上観測局、温室効果ガス測定装置、
標準ガス）. [ 地球環境 , 26 (1＆ 2),(2022), pp. 13-26] 笹川基樹 , 町田敏暢
●将来の地球観測への期待 . [ 地球環境 , 26 (1 ＆ 2), (2022), pp.
89-100] 佐藤啓市 , 池田恒平 , 寺尾有希夫 , 山下陽介 , 町田敏暢 , 谷
本浩志●成層圏・中間圏の大気化学の諸問題 . [ 大気化学研究 , in press]
江口菜穂 , 山下陽介 , 秋吉英治 , 長濱智生 , 富川喜弘 , 中島英彰 , 杉
田考文 , 坂崎貴俊 , 斎藤拓也 , 水野亮【著書】● Topic 24. 温室効果ガス（CO2, CH4, O3）の分布特性 . [ 図説 世界気候辞典 , 山川修治ほか 編 , (2022), pp. 369-370, 朝倉書店 ] 中
島英彰

Shigekazu Morito, and Hidenori Terasaki● Micro-and Macroscopic Numerical Analyses on Effect ofRepulsive Exclusion Zones on Interstitial Particle Diffusivity
in Bcc Lattice Based on Diffusion Path Network Model.
[ISIJ International 62, (2022), 766] Daichi Akahoshi, Kazuto
Kawakami, Tomohiko Omura, Hideaki Sawada, Kazumasa
Tsutsui, and Koji Moriguchi

環境研究推進センター【総説・解説】●沖永良部島の経済と環境 . [Journal of Life Cycle Assessment,
18(3), (2022), pp. 152-158] 三橋正枝 , 澤田成章 , 古川柳蔵 , 松八
重一代
【著書】
● [WaaS(Well-being as a Service) : モビリティ変革コンソーシア

Toshimasa Wadayama

deposited Pt on thermally grown epitaxial graphene

82 Coexistence Activity Report 2022

連携講座

地球環境変動学分野（国立環境研究所）【論文】● Development of a predictive model for vitamin Dムによる「スマートシティへの挑戦」, モビリティ変革コンソーシアム
Future Lifestyle WG 事務局 著 , (2022), pp. 59-68, LIGARE] 三
橋正枝

deficiency based on the vitamin D status in young Japanesewomen: A study protocol. [PLoS ONE, 17(3), (2022),
e0264943] Kuwabara, A., E. Nakatani, N. Tsugawa, H.
Nakajima, S. Sasaki, K. Kohno, K. Uenishi, M. Takenaka, K.
Takahashi, A. Maeta, N. Sera, K. Kaimoto, M. Iwamoto, H.
Kawate, M. Yoshida, and K. Tanaka● Estimating Methane Emissions in the Arctic nations
using surface observations from 2008 to 2019. [EGUsphere,
https://doi.org/10.5194/egusphere-2022-1257] Wittig, S.,
Berchet, A., Pison, I., Saunois, M., Thanwerdas, J., Martinez,
A., Paris, J.-D., Machida, T., Sasakawa, M., Worthy, D. E. J.,
Lan, X., Thompson, R. L., Sollum, E., and Arshinov, M.
● Global atmospheric OCS trend analysis from 22 NDACC
stations. [J. Geophys. Res.-Atmosphere, 127, (2022),
e2021JD035764] Hannigan, J. W., I. Ortega, S. B. Shams, T.
Blumenstock, J. E. Campbell, S. Conway, V. Flood, O. Garcia,
D. Griffith, M. Grutter, F. Hase, P. Jeseck, N. B. Jones, E.

Coexistence Activity Report 202283

博士・修士論文題目一覧（ 令和 4 年 3月・9月修了）
博士論文【令和 4 年 3 月修了】 18 名

研究指導教員：客員准教授 Gregory Trencher（京都大学）

評価）”● Bayarbold Manzshir

指導教員：教授 明日香 壽川“Geochemical characteristics and evolution of deep fluids
under high pressure metamorphic conditions duringsubduction processes（沈み込みプロセスの高圧変成条件での深● Siti Masturah Binti Fakhruddin“Engineering the design of miniaturized biosensors with
optimized fabrication strategies ideal for point-of-care (POC)
testing（ポイントオブケア検査のための小型バイオセンサの作製に関●藤井 達也する研究）”「行為分解木を用いた環境配慮行動の満足度と継続性の評価方法」

指導教員：教授 珠玖 仁

指導教員：教授 松八重 一代研究指導教員：准教授 井上 久美

研究指導教員：客員教授 古川 柳蔵（東京都市大学）

●沈 晨

●劉 子剣

“Functional Polymer-Modified Magnetite Nanoparticles“Solar light driven photocatalytic degradation of refractorywith Anisotropic Shape and the Magneto-Rheologicalorganic compounds using tungsten-doped TiO2 particles

Behavior（異方性形状を有するマグネタイトナノ粒子の表面機能性（タングステンドープ酸化チタン微粒子による太陽光下での難分解有機

ポリマー修飾およびその磁気レオロジー挙動）”

汚染物質の光触媒分解）”

指導教員：教授 村松 淳司

指導教員：教授 井上 千弘

研究指導教員：助教 大須賀 遼太● Stari Lazo Leonardo Alfredo●平 典子“Study on a novel Pseudomonas species which enables「走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の多機能化による細胞膜形態のbiodegradation of carbon tetrachloride in aerobic condition

イメージングに関する研究」（好気条件下で四塩化炭素を分解する新種の Pseudomonas 属細菌

指導教員：教授 珠玖 仁に関する研究）”

研究指導教員：助教 井田 大貴

指導教員：教授 井上 千弘●陳 亭儒

研究指導教員：助教 簡 梅芳

“Liquid Phase Assisted Synthesis and Characterization of●斉藤 武志High-Performance YBaCo4O7+δ and Ca2 AlMnO5+δ Oxygen「WC-Co 超硬合金の液相焼結時の部材変形と Co 相移動に関する

Storage Materials（YBaCo4O7+δ 及び Ca2AlMnO5+δ 高性能酸素研究」

貯蔵材料の液相アシスト合成と特性評価）”

指導教員：教授 上髙原 理暢

指導教員：教授 殷 澍● Numfor Solange Ayuni● Harendra Kumar“The Potential for End-of-Life Vehicle Recycling in Cameroon“Material Separation from Thin Cables in Used Wire Harness（カメルーンにおける自動車リサイクルのポテンシャル評価）”

by Combined Physical and Chemical Processes（物理的プロセ

指導教員：教授 松八重 一代スと化学的プロセスを組み合わせた使用済みワイヤーハーネス細線の● Meshal J. Abdullah

材料分離）”“Evaluation of Controlled Environment Agriculture to

指導教員：教授 吉岡 敏明

improve food security outcomes in arid environments:

研究指導教員：助教 熊谷 将吾

Contextualized within the Gulf Cooperation Council- A●今村 大志Kuwait perspective（乾燥環境における食料安全保証向上のための「異種金属塩添加による Cu 及び Ni 微粒子の合成と導電材料としての管理農業に関する考察：クウェートに焦点をあてた湾岸協力会議から応用展開」

見た問題整理）”指導教員：教授 蟹江 澄志

指導教員：教授 松八重 一代研究指導教員：講師 松原 正樹

●劉 嘉睿

●平本 薫

「ライフサイクル視点から見た農業分野における環境親和型技術の「三次元培養細胞の活性評価に資する電気化学計測システムの開発に導入に関する環境影響評価」

関する研究」

指導教員：教授 松八重 一代

指導教員：教授 珠玖 仁

●永岡 美佳研究指導教員：准教授 伊野 浩介「超臨界水を用いた土壌中放射性ストロンチウム分析のための前処理●永田 彰平法の開発に向けた研究」“Leveraging urban informatics on human mobility for

指導教員：教授 スミス リチャード リー

enhancing geographies of health（健康地理学研究の発展のため●岩間 智紀の人のモビリティに関する都市情報学の応用）”「生体分子の高時空間分解二次元イメージングを実現するバイポーラ

指導教員：教授 中谷 友樹

電気化学顕微鏡の創成に関する研究」

研究指導教員：准教授 埴淵 知哉

指導教員：教授 珠玖 仁●李 玫

研究指導教員：准教授 井上 久美“Assessment on Clean Energy Transition Strategies of Oil

84 Coexistence Activity Report 2022

Majors（大手石油会社のクリーンエネルギー転換戦略に関する分析【令和 4 年 9 月修了】 18 名
● Syarifah Hikmah Julinda Sari
“ Cd hyperaccumulation and tolerance strategies in

Arabidopsis halleri ssp. gemmifera at the organ and cellularlevel（ハクサンハタザオの器官および細胞レベルでの Cd 高蓄積と耐性戦略）”
指導教員：教授 井上 千弘
研究指導教員：助教 簡 梅芳
● Aurup Ratan Dhar
“ Impact analysis of religious dietary cultures on nitrogenand phosphorus footprints of food: A case study of the
Indian Subcontinent（食品の窒素とリンのフットプリントに対する宗教的な食文化の影響分析：インド大陸における事例研究）”
指導教員：教授 松八重 一代● Akhmad Amirudin“ Policy evaluation of polyethylene terephthalate (PET) bottle
waste management in Indonesia（インドネシアにおけるポリエチ
レンテレフタレート（PET）ボトル廃棄物管理の政策評価）”
指導教員：教授 井上 千弘● Asma Akter Parlin“ The role of water in vapor-phase diffusive transport of
VOCs in near-surface soils under dynamic temperature
conditions（動的温度条件下における地表付近の土壌中の VOC の気相拡散輸送における水の役割）”
指導教員：教授 渡邉 則昭● Achmed Shahram Edianto“The long and winding road to a global coal phase-out:
Overseas financing and future lock-in trends（世界的な石炭火力発電のフェーズアウトへの長く曲がりくねった道：国際融資および将来のロックインの動向）”
指導教員：教授 松八重 一代研究指導教員：客員准教授 Gregory Trencher（京都大学）● Imam Eko Setiawan“Life Cycle Assessment of The Coal Mining and Coal
Resource Utilization in Indonesia（インドネシアにおける石炭採掘
ならびに資源利用に関するライフサイクル分析）”
指導教員：教授 松八重 一代● Geri Agroli“Fluid and fault control in rupture dynamics during ore
mineralization processes（鉱化作用プロセスにおける破裂ダイナミ
クスによる流体と断層制御）”
指導教員：教授 土屋 範芳● Truong Thi Ai Nhi“Socio-technical barriers to sustainable urban consumption:
The case of urban mobility in developing Asian countries（都市部における持続可能な消費を妨げる社会技術的障壁：アジアの発展途上国におけるモビリティの事例）”
指導教員：教授 松八重 一代

部流体の地球化学的特徴と進化）”
指導教員：教授 土屋 範芳●横山 浩一「高炉の CO2 排出量削減に対する含炭塊成鉱および水素還元適用の効果」
指導教員：教授 葛西 栄輝
研究指導教員：准教授 村上 太一● Wang Jingwen“Modification of Ternar y Metal Oxide: Preparation,
Characterization and Environmental Purification Applications（三元金属酸化物の修飾：合成・特性評価および環境浄化への応用）”
指導教員：教授 殷 澍●石井 花織「遠隔地の廃棄物問題と人間の安全保障—アラスカの広域処理事業にみる希望」
指導教員：教授 高倉 浩樹
研究指導教員：准教授 ボレー セバスチャン●今井 薫“Virucidal efficacy and mechanism of olanexidine gluconate（オラネキシジングルコン酸塩の殺ウイルス作用とメカニズム）”
指導教員：教授 佐野 大輔●欒 孟馨「日本の環境 NGO によるアドボカシーに関する理論的分析―再生可能エネルギー大量導入に向けた提言活動に注目して―」指導教員：教授 明日香 壽川●栄 超“Development of Energy Saving and Low Carbon Type
Municipal Wastewater Treatment System by Combining
Anaerobic Membrane Bioreactor and Anammox Process（嫌気性膜バイオリアクターとアナモックス法の融合による省エネルギー・低炭素型都市下水処理システムの開発）”
指導教員：教授 李 玉友
● Zhu Yifan“Data-driven modeling applications in wastewater pathogen
issues: Microbial safet y management and epidemic
interpretation（下水中病原体に関わる諸問題に対するデータ駆動型
モデリングの適用：微生物リスク管理と感染流行検知）”
指導教員：教授 佐野 大輔●薛 意“Granulation Mechanisms and Microstructure of the
Anammox-HAP Coupled Granule for Nitrogen Removal andPhosphorus Recovery（窒素除去とリン回収のためのアナモックス-HAP グラニュールの形成機構と微細構造）”
指導教員：教授 李 玉友
● Vempi Satriya Adi Hendrawan“Global crop vulnerability to drought and various climate
extremes and the possible factors（干ばつおよび極端気象に対する世界の作物収量の脆弱性とその要因）”
指導教員：准教授 小森 大輔

Coexistence Activity Report 2022

85

修士論文
【令和 4 年 3 月修了】 95 名
●笠谷 涼介「混合導電性酸化物電極の昇温脱離法による吸着種評価」
指導教員：准教授 八代 圭司●青木 晃司「水圧による断層すべり発生挙動の室内実験による検討」
指導教員：教授 伊藤 高敏
研究指導教員：助教 椋平 祐輔●浅井 博紀「花崗岩のマクロ破壊靭性とマイクロ破壊靭性に関する研究」
指導教員：教授 高橋 弘
研究指導教員：准教授 坂口 清敏●姉崎 託巳「マグネタイトを Fe 源とする As(V) 含有溶液中でのスコロダイト合成」
指導教員：教授 柴田 悦郎
研究指導教員：助教 安達 謙
●五十嵐 大樹「大きな地殻変動履歴に伴う鉛直地圧の時空間変動に関する研究」
指導教員：教授 高橋 弘
研究指導教員：准教授 坂口 清敏●石田 真英「スクリュー式土砂サンプリング機構の開発に関する研究」
指導教員：教授 高橋 弘
研究指導教員：助教 里見 知昭●伊藤 祐一「表面改質した層状チタンカーバイドの合成とその電子物性」
指導教員：教授 高橋 英志
研究指導教員：准教授 佐藤 義倫●岩山 晃大「堆積軟岩体の水没鉛直井における高精度地圧測定法の開発」
指導教員：教授 高橋 弘
研究指導教員：准教授 坂口 清敏●梅本 雄太「高性能透明導電膜形成を目指した CuNWs の液相合成とその形状制御」
指導教員：教授 高橋 英志
研究指導教員：准教授 横山 俊
●大島 賢人「固体酸化物形燃料電池のオペランド応力測定」
指導教員：准教授 八代 圭司●大室 ひな「パーライト副産物の泥土改良への適用に関する研究」
指導教員：教授 高橋 弘
研究指導教員：助教 里見 知昭●小野 薫「Mo 系薄膜の形成機構の解明」
指導教員：教授 高橋 英志
研究指導教員：准教授 横山 俊
●葛西 李菜「有機質ため池底泥土の堤体盛土材としての再資源化に関する研究」

指導教員：教授 高橋 弘

指導教員：教授 柴田 悦郎●廬 岩

研究指導教員：助教 里見 知昭

研究指導教員：准教授 飯塚 淳

“Material flow analysis on elemental phosphorous and its●梶 栞菜●杉山 智哉

derivatives in China（中国における工業用途リンのマテリアルフロー「破砕堆積物のバケット掘削における抵抗力解析と粒度推定に関する「鉱山周辺地域の鉱滓ダム決壊に着目した鉱物資源のサプライチェー

分析）”

研究」

ンリスク解析モデルの開発」

指導教員：教授 松八重 一代

指導教員：教授 高橋 弘

指導教員：教授 松八重 一代●王 彬泽

研究指導教員：助教 里見 知昭●孫 静怡“Material flow analysis on aluminum focusing on the●加藤 大夢“Low SNR event P-S travel time detection by particle

secondary sources in China（中国における循環資源に着目した「球状多孔体を用いた骨再生用多孔質リン酸カルシウムセメントの作製

motion analysis（粒子軌跡解析を用いた低 SNR 地震波の P-S 走時

アルミニウムフロー解析）”と評価」

時間検出）”

指導教員：教授 松八重 一代

指導教員：教授 上髙原 理暢

指導教員：教授 伊藤 高敏●霞 裕幸●加藤 裕太研究指導教員：助教 椋平 祐輔「よく規定された Pt-Co 合金単結晶表面の酸素還元反応特性に及ぼ「DEM シミュレーションを用いた粉粒体の混合挙動予測法の開発」●高久 将吾すドープ種の影響」

指導教員：教授 加納 純也「坑井壁面から採取したコアを用いた３次元地殻応力測定法の研究」

指導教員：教授 和田山 智正●久世 萌日

指導教員：教授 伊藤 高敏

研究指導教員：准教授 轟 直人

「機械学習を用いた繊維質固化処理土の強度特性推定モデルの構築に●竹森 達也●木村 功輝関する研究」「データ駆動型エージェントベースモデルを用いた地熱開発における地「第三元素添加 Pt － Ni(111) 合金表面の電気化学構造安定性」

指導教員：教授 高橋 弘

域構造と社会受容性」

指導教員：教授 和田山 智正

研究指導教員：助教 里見 知昭

指導教員：教授 土屋 範芳

研究指導教員：准教授 轟 直人

●倉田 真樹●土田 恭平

●久保 和輝「イオン導電性酸化物の高温光応答」「飽和・不飽和境界における土壌内の水および溶質の移動挙動」「鉄鋼材料の水素拡散および水素脆化に及ぼす Cr および Mo の影響」

指導教員：教授 川田 達也

指導教員：教授 駒井 武

指導教員：客員教授 大村 朋彦●近藤 佑樹研究指導教員：教授 渡邉 則昭●黒川 大輝「混練プロセスにおける粒子分散・凝集挙動のシミュレーションモデル

●牧野 泰「金属 / セラミックス複合体の平均物性とマイクロ波加熱特性」の開発」「近赤外バイオイメージング用 Ag2S 量子ドット蛍光プローブの開発」

指導教員：教授 コマロフ セルゲイ

指導教員：教授 加納 純也

指導教員：教授 小俣 孝久

研究指導教員：准教授 吉川 昇

●五味 愛雅研究指導教員：講師 佃 諭志

●昆野 友城「エナジャイト型 Cu3AsO4 の合成方法の研究」●松尾 蘭太郎「マグネタイト微粉鉱の酸化促進のための焼結ヒートパターン設計」

指導教員：教授 小俣 孝久「Zn( Te1 - xSx ) 混晶量子ドットの合成と光学特性」

指導教員：客員教授 松村 勝

研究指導教員：助教 鈴木 一誓

指導教員：教授 小俣 孝久●齋藤 知昭●坂本 陽太研究指導教員：講師 佃 諭志

「鉄鉱石事前脱リンプロセス実現のための FetO-CaO-SiO2 -Al2O3 -「垂直配向フッ素化多層カーボンナノチューブから紡糸したカーボンナ●松野 哲士P2O5 系状態図の検討」

ノチューブヤーンの機械特性と電気伝導特性」“Machine learning approaches for estimating protolith

指導教員：教授 葛西 栄輝

指導教員：教授 高橋 英志

composition and mass transfer analyses of metabasalt ( 機械●佐藤 陸

研究指導教員：准教授 佐藤 義倫

学習による玄武岩質変成岩の原岩組成推定と物質移動解析 )”「シンクロ型 LPSO 相の層間相互作用および電子構造に関する第一原●佐藤 花菜子

指導教員：教授 岡本 敦

理計算解析」「土壌由来微生物によるポリエチレンを主成分とした農業用マルチフィ研究指導教員：助教 宇野 正起

指導教員：客員教授 森口 晃治

ルムの表面変化」●水野 克哉●渋谷 航平

指導教員：教授 井上 千弘「熱水環境下における岩石の弾性波速度変化に関する研究」「錯体水素化物固体電解質を用いた全固体電池の高電位反応性および●佐藤 貴啓

指導教員：教授 土屋 範芳

電気化学特性」「長石の熱発光特性と地熱探査への応用」

研究指導教員：助教 平野 伸夫

指導教員：教授 折茂 慎一

指導教員：教授 土屋 範芳●村田 智洋研究指導教員：准教授 高木 成幸

研究指導教員：助教 平野 伸夫「酸化物電極の局所酸素ポテンシャル測定」●高橋 和輝●志村 龍之介

指導教員：教授 川田 達也「Mg と W からなる新たな遷移金属錯体水素化物の合成」「バイオカソード型微生物燃料電池における脱窒反応の改善」●山田 将斗

指導教員：教授 折茂 慎一

指導教員：教授 井上 千弘「HxWO3 のプロトン・電子混合伝導性」

研究指導教員：准教授 高木 成幸

研究指導教員：助教 簡 梅芳

指導教員：教授 小俣 孝久●高濱 裕記●肖 俊彬

研究指導教員：助教 鈴木 一誓「高水素高炉内における焼結鉱の還元粉化挙動とそのモデル化」「還元剤添加およびエージング処理による石炭フライアッシュ中のクロ●林 澤鑫

指導教員：教授 葛西 栄輝

ム溶出抑制」「n 型 SnS 単結晶 /MoO3 接合を用いた新たな太陽電池素子とその研究指導教員：准教授 村上 太一

指導教員：教授 井上 千弘

高変換効率化」●富田 雄貴●杉本 達哉

指導教員：教授 小俣 孝久「微細化粒子の挙動に及ぼすアルミニウム合金の多重再溶解の影響の「バイポーラ膜電気透析法を用いた廃水中の陰イオンの除去と濃縮に研究指導教員：助教 鈴木 一誓

解明」

関する基礎的検討」

指導教員：教授 コマロフ セルゲイ
研究指導教員：助教 山本 卓也

86 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 2022

87

●豊島 菜々子●香取 海斗研究指導教員：助教 唐島田 龍之介●石井 敦大「酸化鉄の水素還元により生成する金属鉄組織の形態制御」「酸化銅前駆体を用いた銅 - コバルトナノ粒子の液相合成と磁場誘導●中村 健太郎「衛生安全計画に基づいた下水処理放流水質の衛生工学的管理のため

指導教員：教授 葛西 栄輝

パターニング」「高濃度懸濁液の沈降測定に基づく SiO2 ナノ粒子分離に関する研究」の水中ウイルス消毒モデルの構築」

研究指導教員：准教授 村上 太一

指導教員：教授 村松 淳司

指導教員：教授 スミス リチャード リー

指導教員：教授 佐野 大輔●濱田 里久

研究指導教員：助教 大須賀 遼太●中村 祐輝● Ulysse Vassas「 錯 体 水 素 化 物 M [B12H12]・n H2O の 合 成 と電 気 化 学 特 性 評 価●久須美 諒

「高容量リチウムイオン電池を目指した鉄系逆蛍石型材料の酸素レドッ“Putting Japanese Energy Cooperatives on the Map :(M =Mg,Zn) 」「減圧蒸留残渣油とプラスチックの共熱分解による化学原料化」

クス反応解析」

Origins, Governance and Ideas（日本のエネルギー生協のマッピ

指導教員：教授 折茂 慎一

指導教員：教授 吉岡 敏明

指導教員：教授 本間 格

ング：その起源、ガバナンス、理念）”

研究指導教員：准教授 高木 成幸

研究指導教員：助教 熊谷 将吾

研究指導教員：助教 小林 弘明

指導教員：教授 明日香 壽川●東 料太●小松 慶佳●中村 理香

●加藤 壽一「木質バイオマスを用いた炭材内装鉱の還元および浸炭機構の解明」「細胞の機能・代謝評価に向けた電気化学発光イメージング法の開発」「三脚型シッフ塩基配位子の置換基が Yb(III) 錯体の発光特性に与える「都市公園アクセスの社会的不公正の評価：日本の政令指定都市間で指導教員：教授 葛西 栄輝

指導教員：教授 珠玖 仁

影響の検討」の比較」

研究指導教員：准教授 村上 太一

研究指導教員：准教授 伊野 浩介

指導教員：教授 壹岐 伸彦

指導教員：教授 中谷 友樹●福地 拓海●小松 万葉

研究指導教員：助教 鈴木 敦子

研究指導教員：助教 関根 良平「充填層内炭材燃焼過程における粒子状物質の組成および発生量に対「カソーディックルミノフォアを用いるクローズドバイポーラ電極系によ●松岡 弘憲●小坪 将輝するリサイクル原料添加の影響」

る高 S/N 比ドーパミン検出および二次元イメージング」「イメージングプローブへの応用を志向した新規チアカリックスアレー「日本の国内人口移動の時空間分析：2012-2020 年の市区町村間移指導教員：教授 葛西 栄輝

指導教員：教授 珠玖 仁ン異核錯体の創製」

動を対象に」

研究指導教員：助教 丸岡 大祐

研究指導教員：准教授 井上 久美

指導教員：教授 壹岐 伸彦

指導教員：教授 中谷 友樹●松鷹 遼●小宮 未来研究指導教員：助教 唐島田 龍之介●清水 遼「フローズンエマルジョン新規複合材料の作製と特性評価」「がんの中性子捕捉療法を志向した Gd(III)- チアカリックスアレーン錯●向本 励「都市形態指標を用いた近隣環境と居住地域評価との関連：仙台都市

指導教員：教授 コマロフ セルゲイ

体搭載アルブミンナノ粒子の創製」「血管網の形成および経血管的な薬剤投与が酸素代謝に与える影響の圏を対象として」

研究指導教員：准教授 吉川 昇

指導教員：教授 壹岐 伸彦

電気化学的な評価」

指導教員：教授 中谷 友樹●羽澤 萌々子●尚 聡果

指導教員：教授 珠玖 仁

研究指導教員：准教授 磯田 弦（理学研究科）「有機添加剤を用いた CHA 型ゼオライト粒子の形態制御」「p 型半導体遷移金属ドープ酸化コバルトナノ粒子の合成と機能性材料研究指導教員：助教 梨本 裕司●周 士統

指導教員：教授 村松 淳司

への応用」●山下 貴之“Improved Anaerobic Digestion of Waste Activated

研究指導教員：助教 大須賀 遼太

指導教員：教授 村松 淳司「キャピラリー電気泳動を用いる酵素系の熱力学的および速度論的安Sludge by Combining Thermophilic AnMBR with Novel●赤坂 理世研究指導教員：助教 大須賀 遼太

定性の評価」

Pretreatment Method Based on Hydrodynamic Cavitation（水「細胞および組織を対象とするアンペロメトリックな測定に向けた新規●鈴木 佑京指導教員：教授 壹岐 伸彦

力学的キャビテーション型前処理と高温嫌気性 MBR の組合せによるマイクロ流体デバイスの開発と評価」「Tix Zr(1-x)O2 の表面塩基点を利用した吸着剤としての機能化」●劉 涵宇

余剰活性汚泥の嫌気性消化の性能改善）”

指導教員：教授 珠玖 仁

指導教員：教授 吉岡 敏明“Solvothermal synthesis of ion doped tungsten suboxide

指導教員：教授 李 玉友

研究指導教員：准教授 伊野 浩介

研究指導教員：准教授 亀田 知人(W18O49) and fabrication of NIR shielding PDMS films（イオン●申 俊昊●阿部 友哉●鈴木 野々香

ドープタングステンサブオキサイド（W18O49）のソルボサーマル合成と「サイホン駆動攪拌方式メタン発酵槽を用いた豚ふん尿処理のパイ「5- ヒドロキシメチルフルフラールから 2,5-フランジカルボン酸への選「マイクロ波および超臨界水熱プロセスによる複合イオンドープ VO2NIR 遮蔽 PDMS フィルムの作製）”

ロットプラント試験研究」

択的酸化に向けた MnOx-CeO2 複合酸化物触媒の開発」の合成と赤外線遮蔽機能」

指導教員：教授 殷 澍

指導教員：教授 李 玉友

指導教員：教授 スミス リチャード リー

指導教員：教授 殷 澍

研究指導教員：助教 長谷川 拓哉●馬 真

研究指導教員：助教 郭 海心研究指導教員：助教 長谷川 拓哉●和泉 希恵「メタン発酵ろ液を処理するための二相型 PN/A プロセスの研究」●生田 大地

●立野 佑太「直鎖及び環状スルホン酸で修飾された層状複水酸化物の合成と指導教員：教授 李 玉友

「熱分解 - ガスクロマトグラフ/ マルチ検出器システムの開発及びポリ「ナノ電気化学セル顕微鏡を用いた固体電解質薄膜粒界・粒内のリチ

フェノール類の吸着特性」●林 沐

マー熱分解物の定性定量同時分析」

ウムイオン伝導測定」

指導教員：教授 吉岡 敏明“Adsorption Kinetics and Mechanisms of Murine Norovirus

指導教員：教授 吉岡 敏明

指導教員：教授 珠玖 仁

研究指導教員：准教授 亀田 知人

to Magnetic Carbon Nanotubes in Aqueous Solutions（水中研究指導教員：助教 熊谷 将吾

研究指導教員：准教授 熊谷 明哉●小野寺 哲洋における磁性カーボンナノチューブへのマウスノロウイルス吸着動力学●磯田 薫也●田中 銀平「中空ニッケル化合物の形態制御とその電気化学触媒活性」

及び吸着メカニズム）”「環境低負荷な手法によるバイオマス由来固体酸触媒の作製および 5-「メカノケミカル法を用いた Fe 含有ゼオライト触媒の合成と詳細な構指導教員：教授 殷 澍

指導教員：教授 佐野 大輔

ヒドロキシメチルフルフラールの合成」

造解析」

研究指導教員：助教 長谷川 拓哉

指導教員：教授 スミス リチャード リー

指導教員：教授 村松 淳司●堀合 理子

研究指導教員：助教 郭 海心研究指導教員：助教 大須賀 遼太「金ナノロッドをコアとした有機無機ハイブリッドデンドリマーの配向・●大島 広太郎●丹治 聖史光学特性制御」「分析的遠心分離および移流拡散モデルを用いた SiO2・修飾 CeO2「抽出法及び揮発法によるポリオレフィン中の添加剤除去」

指導教員：教授 蟹江 澄志

ナノ粒子の沈降特性に関する研究」

指導教員：教授 吉岡 敏明

研究指導教員：講師 松原 正樹●江畑 聡一郎

指導教員：教授 スミス リチャード リー

研究指導教員：助教 熊谷 将吾●宮西 遼「プロトン導電性セラミックス燃料電池における等価回路を用いた電気【令和 4 年 9 月修了】 8 名●大髙 正幹●友山 恵「機能性アミノ基誘導体化イオン液体を用いた貴金属元素の抽出及び化学特性評価」「フッ素ドープペロブスカイト酸化物からなる酸素発生電極触媒の開発」「タングステン酸を配位子とした二核ランタニド錯体の発光特性と速度逆抽出」

指導教員：准教授 八代 圭司

指導教員：教授 本間 格

論的安定性の調査」

指導教員：教授 蟹江 澄志● Nguyen Truong Van Loc

研究指導教員：助教 岩瀬 和至

指導教員：教授 壹岐 伸彦

研究指導教員：講師 松原 正樹“Study on Mechanical Properties of Landslide Sludge

88 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 2022

89Modified by Geopolymer（ジオポリマーを用いて改良した地滑り泥土の機械的特性に関する研究）”

進路状況

指導教員：教授 高橋 弘
● Jonathan Mauricio Argueta Martínez“Selective mineral dissolution and its pH dependence ofchelating agent-chemical stimulation for permeability
enhancement of volcanic geothermal reservoir（火山岩地熱貯留層の浸透率増進のためのキレート剤化学刺激法の選択的鉱物溶解とその pH 依存性）”
指導教員：教授 土屋 範芳● Diana Carolina Martínez Artiga“Geochemical modeling coupled with statistical multivariate
analysis of geothermal fluids in the Berlín geothermal field,
El Salvador（エルサルバドル Berlin 地熱地帯の地熱流体の統計的多変量解析と地化学モデリング）”
指導教員：教授 土屋 範芳● Rosita Hasna Budiwardhani

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構，株式会社バックキャストテクノロジー総合研究所，月島機械株式会社，株式会社共立合金製作所，
株式会社ハートコーポレイション首都圏，協伸サンテック株式会社，シンクサイト株式会社，DIC 株式会社，大日本住友製薬株式会社，
三井金属鉱業株式会社，中部電力株式会社，東京ガス株式会社，三菱重工業株式会社，株式会社シマノ，日鉄エンジニアリング株式会社，
東日本電信電話株式会社，株式会社村田製作所，東京地下鉄（東京メトロ），デュポン株式会社，株式会社日立ドキュメントソリューションズ，
東日本高速道路株式会社，株式会社豊田自動織機，株式会社日立製作所，住友金属鉱山株式会社，株式会社デンソー，東海旅客鉄道株式会社，
東日本旅客鉄道株式会社，JX 金属株式会社，三菱電機株式会社，日揮株式会社，株式会社三菱総合研究所，日本製鉄株式会社，
東北電力株式会社，国立研究開発法人産業技術総合研究所，日本航空電子工業株式会社，富士ゼロックス株式会社，株式会社 明電舎，
石福金属興業株式会社，ウエスタンデジタル合同会社，太陽誘電株式会社，古河電気工業株式会社，株式会社 UACJ，株式会社神戸製鋼所，株式会社小松製作所，三菱マテリアル株式会社，JFE スチール株式会社，旭化成株式会社，石福金属興業株式会社，
NEC ソリューションイノベータ株式会社，日産化学株式会社，株式会社 SHIFT，大日精化工業株式会社，本田技研工業株式会社，
味の素株式会社，太平洋金属株式会社，信越化学工業株式会社，日機装株式会社，東京エレクトロン株式会社，株式会社クレハ，花王株式会社，
ミネベアミツミ電機株式会社，三菱化学株式会社，WDB 株式会社エウレカ社，富士フイルム和光純薬株式会社，
住友ベークライト株式会社，富士フイルム株式会社，住友電気工業株式会社，能美防災株式会社，日東電工株式会社，出光興産株式会社，“Phenomena and Molecular Responses of Arabidopsis halleri

アイリスオーヤマ株式会社，東邦亜鉛株式会社，JFE エンジニアリング株式会社，富士通株式会社，京王電鉄株式会社，（ハクサンハタザオの Cd 高蓄積時における鉄の影響と分子応答）”

上海交通大学（中国），Brawijaya University（インドネシア），Ember（インドネシア），Universitas Gadjah Mada（インドネシア），

ssp. gemmifera against Iron during Cd Hyperaccumulation
指導教員：教授 井上 千弘
研究指導教員：助教 簡 梅芳

株式会社大塚製薬工場，シャープ株式会社，凸版印刷株式会社，国立大学法人信州大学，国立大学法人東北大学，WuXi AppTec（中国），
Department of Construction Ho Chi Minh City（ベトナム），University of EL Salvador，アクセンチュア株式会社，
LAGEO（エルサルバドル），Environment Public Authority（クウェート）● Podolinnaia Valentina“Study of lactic acid adsorption on Mg-Al layered doublehydroxides for cell culture medium treatment（細胞培養培地
処理のための Mg-Al 系層状複水酸化物による乳酸吸着の研究）”
指導教員：教授 吉岡 敏明
研究指導教員：准教授 亀田 知人●哈 俊彤
「複合促進剤の添加によるメタノール廃水の嫌気性処理の効率化に関する研究」
指導教員：教授 李 玉友●欒 珊“Research on Social Acceptance of Mega Solar in Local

6

9

20

製造業

3
3

化学・石油

5

58

6
12
4

指導教員：教授 明日香 壽川

その他

4

6

4

はん用・
業務用機器

運輸業・郵便業
電気・ガス・熱供給・水道業

8に関する研究）”

東北大学進学（博士課程）

12

製造業

Community（メガソーラーに対する地域社会における社会的受容性

2022 年 修了者進路状況（MC）

鉄鋼・非鉄

電気・
情報通信機器学術研究（学術・開発研究機関・専門技術サービス等）
学校教育・学習支援業

電子部品・
電子回路

その他（情報通信業、鉱業、建設業、帰国・就職活動等

輸送用機械

サービス業、母国での公務）

2022 年 修了者進路状況（DC）

5
10

3

学校教育・学習支援
学術研究（学術・開発研究機関・専門技術サービス等）

1

製造業
建設業
その他（サービス業、母国での公務等）

7
9

90 Coexistence Activity Report 2022

帰国・就職活動等

Coexistence Activity Report 2022

91

TOPICS トピックス
仙台市・宮城県との環境教育に関する連携活動
東北大学エネルギーシンポジウム「地域脱炭素と持続可能なエネルギーシステムの共創が紡ぐ未来」
当研究科は、2013 年に発足した全学組織「エネルギー研究連
携推進委員会」の代表部局として、東北大学のエネルギー研究の集合体としての価値を高める活動を主導してきた。その成果をもとに2019 年 4 月 1 日に設立されたのが、学際研究重点拠点「エネルギー
価値学創生研究推進拠点」（ 拠点長：土屋範芳研究科長）である。

本研究科は、一般市民を対象とした環境教育の一環として、自治体による小学生向けの環境学習講座開催に協力している。2022 年
は引き続き COVID-19 の影響を受け、仙台市との連携に基づく「せんだい環境学習館 たまきさんサロン」を中心としたアウトリーチ活動である「サロン講座」も 2 件の実施に留まった。一方でサロン講
座以外を会場として行われる出張形式の「せんだい環境学習講座」
がスタートし計 4 回が開講された。宮城県による「夏休み環境学
習教室」は例年と同じく 1 回の開催であった。各講座名と実施日、担当教員は下記の通りである。

この拠点は、新しい学問としての「エネルギー価値学」創生に向けて、理想とする持続可能社会からのバックキャストによる目標値を設定し、エネルギー研究を戦略的に推進し、自然科学、人文・社会科学を融合した新たなパラダイムを創出することを目的としている。
この活動の一環として、2022 年は環境省が進めている脱炭素先行
地域づくりをテーマとして「地域脱炭素と持続可能なエネルギーシス
テムの共創が紡ぐ未来」を開催し、すでに採択された先行地域の概要とその将来像ならびに、大学における最新のエネルギーシステム
研究や電力会社の進める脱炭素計画について紹介した。コロナ禍での開催となったが、会場 68 名、オンライン 95 名の参加を頂いた。
日時：2022 年12 月 5 日 13：30 -16：05

会

場：環境科学研究科本館 大講義室（Webで同時配信）

参加者：160 名（対面 68 名、オンライン 95 名）【仙台市実施 たまきさんサロン講座】○ 2022 年 6 月 26 日
廃泥土のリサイクル～お花を植える土に変えよう～/ 高橋弘 教授
参加者：14 名○ 2022 年 8 月 21 日
電化製品に使われているさまざまな資源を探ってみよう！
/ 白鳥寿一 教授
参加者：7 名【仙台市実施 せんだい環境学習講座】○ 2022 年 6 月 23 日
地球温暖化で何が変わる？ / 村田功 准教授
会場：環境科学研究科本館大会議室（受講者：仙台市立通町小学校 4 年生）○ 2022 年 7 月 21 日、8 月 9 日
岩石の中をのぞいてみる / 平野伸夫 助教
会場：仙台高等学校（受講者：仙台高等学校地学部）○ 2022 年 8 月 21 日
水素で動かす車の未来 / 和田山智正 教授、轟直人 准教授
会場：仙台市柏木市民センター○ 2022 年 9 月 10 日
電化製品に使われているさまざまな資源を探ってみよう！
/ 白鳥寿一 教授、齋藤優子 准教授
会場：仙台市柏木市民センター【宮城県実施 夏休み環境学習教室】○ 2021年 8 月 22 日
製品に使われる資源とそのリサイクル/ 白鳥寿一 教授、齋藤優子 准教授
会場：宮城県環境情報センター

92 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 2022

93

リカレント公開講座「地球環境計測学」

第４回 環境科学討論会

4th Academic Forum on Environmental Studies
2015 年より、環境科学研究科は発足以来続いた 1 専攻体制を日

時：2022 年 10 月 28 日 12：30 - 17：45

改組し「先進社会環境学専攻」と「先端環境創成学専攻」の 2 専攻

会

場：環境科学研究科本館 展示スペース 2、大会議室体制となった。この変革にあたり、専攻間やコース間の研究交流を

発表数：59 演題

促進し、専門分野間の情報交換を活性化させて研究科内の良好な

参加者：106 名

融合と境界領域の開拓を目指すため、年 2 回のペースで「研究交流受賞者：的なデータ解析技術まで幅広く講義を行った。

会」を開催してきた。これまでの開催で、すべての研究室から発表○ 最優秀賞：伊藤千聖

頂いたことを受け、2019 年からは新しい試みとして学生のポスター○ 優秀賞：王彬澤、森田宜典、詫間康平、木村太郎、菊池星南、

日 時：2022 年 9 月 14 ～ 16 日

発表を中心に「環境科学討論会」として新たにスタートを切ることと高橋美咲、池谷駿之介、松野哲士、板本航輝、野田祐作

東北大学大学院環境科学研究科が社会人を対象に公開する大学院講座
が「リカレント公開講座」である。2022 年は、「地球環境計測学」と題し、企業や大学・研究機関において GPR を持っているがあまり使っていない
方、これから使おうとしている方、また、研究対象として電磁界シミュレー
ションなどに興味をお持ちの方などを対象に、GPR の基礎からやや専門会

場：環境科学研究科本館 たまきさんサロン

内

容：第 1 回（9 月 14 日）：地中レーダ技術の基礎 / 佐藤源之 教授
第 2 回（9 月 15 日）：地中レーダの応用、遺跡探査 / 佐藤源之 教授した。第 4 回目となる今回は、前回と同様コロナ禍での開催となっ○ 環境科学研究科長賞（DOWA 賞）：伊藤千聖、王彬澤

たが、59 件のポスター演題応募があり、感染対策を慎重に講じた
上で、106 名が参加し研究交流を行った。開催日時ほか、各賞受賞者を以下に記す。

第 3 回（9 月 16 日）：考古学への計測技術利用 / 金田明大 非常勤講師
参加者：11 名

94 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 2022

95

コロキウム環境

学位記伝達式・入学式

本研究科では 2004 年より「コロキウム環境」と名付けられた研新型コロナウイルス感染症の世界的な流行は、前年に引き続きチャンネルで配信され、250 回前後視聴されている。また、4 月と究集会を実施している。これは、従来研究室ごとあるいは研究グルー

2022 年の教務関係行事にも大きな影響を及ぼした。3 月と 9 月の

10 月の入学式における研究科長祝辞も研究科公式チャンネルを通プごとに行われてきた内外の研究者の講演や研究集会等を、研究

学位記伝達式は、会場入場者を減らし、出席者間のソーシャルディ

じて配信された。入学式に続く新入生オリエンテーションはオンデ科のオーソライズされた形式自由な研究集会として研究科内外に広スタンスを確保するために、列席者を教職員ならびに修了生に限定

マンドの動画配信で行われた。

く公開するものである。講演者は海外研究者、学外研究者等多彩で、して開催された。式典の様子は YouTube の環境科学研究科公式

いずれも活発な討論が行われており、科内の環境科学研究の活性化に寄与している。2022 年に開催されたコロキウム環境は下記の通りである。
第 132 回文理連接のすすめ日時：2022 年 6 月 20 日 15：00-16：30

会

場：環境科学研究科本館

大講義室

講演者：井奥 洪二 教授（慶應義塾大学経済学部）
参加者：25 名
第 133 回

材料合成および工学・医学応用日時：2022 年 10 月 24 日 10：30-12：00

会

場：エコラボ第 4 講義室

講演者：Dr. Maria del Puerto Morales Herrero, Dr. Álvaro Gallo
Cordova ( Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid )参加者：17 名

環境科学研究科オープンキャンパス
オンラインでの開催となった 2022 年のオープンキャンパスでは、
本研究科を構成する 53 の研究室のうち、27 の研究室が動画と特○ エネルギー環境群：坂口研、高橋（弘）研、土屋研、岡本研、
井上研、高橋（英）研、佐藤（義）研、上高原研、駒井・渡邉研、

設サイトを通じて研究内容を紹介したほか、ミンダリョア ディアナ

柴田研、加納研、福山研、小俣研、伊藤研助教が講師となってオープン講義「あつまれ！環境の杜 ―グローバ○ 化学・バイオ群：吉岡研、壹岐研、珠玖研、スミス研、大田研

ル化社会における環境問題とエネルギーについて―」を配信した。

○ マテリアル群：葛西研、成田研、コマロフ研、和田山研

参加研究室は下記の通りである。

○ 環境・地理群：李・久保田研、小森研○ 人文・社会科学系群：高倉研、明日香研

96 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 2022

97

入試説明会

バンドン工科大学との部局間交流協定更新

2022 年は、入試説明会を 4 月と 11 月の 2 回オンラインで

12 月 13、14 日、インドネシアのバンドン工科大学（ ITB）において介が行われた。セミナーでは、活発な質疑応答が行われた。セミナー開催した。参加者にはまず研究科のウェブサイト上で、入試実

東北大学環境科学セミナー（Tohoku University Environmental

後には東北大学大学院環境科学研究科と ITB 土木環境工学部の部

行委員長中谷教授による研究科全体の特色と入試制度についStudies Seminar 2022）及び部局間合意覚書締結式を開催した。

局間学術交流・学生交流合意覚書締結式が行われ、今後の具体的ての説明動画を視聴頂き、その後、個別に指定された日時に12 月 13 日午前には東北大学オフィスを訪問し、日本語教育などにな交流計画が話し合われた。

zoom 上で担当教員が希望するコースに応じた説明を行った。

継続的に利用されていることを確認した。同日午後に行われた東12 月 14 日には、ITB の研究室見学が行われ、その後、ITB

北大学環境科学セミナーでは、環境科学研究科長の川田達也教授の 学 生 に 対し、Riyan Achmad Budiman 助 教、Vani Novitaと ITB 土木環境工学部長の Edwan Kardena 准教授による開会

Alviani 助教が IESLP の紹介を行った。また、福島教授、飯塚准

挨拶に続き、国際交流室長の成田史生教授による研究科の紹介、教授が化学工学科、川田教授と成田教授、上高原教授が機械・航International Environmental Security Leadership Program

空宇宙工学科に出向き意見交換を実施した。化学工学、機械・航（ IESLP）- WG 長の上高原理暢教授による IESLP についての説明

空宇宙工学は上記の部局間合意覚書の範囲には含まれないが、ITBが行われ、その後福島康裕教授、飯塚淳准教授、椋平祐輔助教のとの大学間覚書の枠組みの元で交流を展開することは可能である。

3 名が当研究科で実施してる研究内容について紹介した。続いて、

また、IESLP への応募も期待できる。これまでの土木、環境工学

バンドン工科大学の Agus Jatnika Effendi 教授、Mohammadを中心とした交流を核として，さらに包括的で多層的な交流へと進Rachmat Sule 博士、Andri Dian Nugraha 教授による研究紹化させていく展望が開けた訪問となった。

○ 開催期間：4 月 15 日～ 23 日（日曜除く）
各日とも 9：00 - 20：00
参加者：23 名○ 開催期間：11 月 25 日～12 月 3 日（日曜除く）
各日とも 9：00 - 20：00
参加者：10 名

第45回 国立大学法人大学院
環境科学関係研究科長等会議
本研究科は、環境関連研究者ネットワークの構築を図るために環境科学関係の研究科長等により組織される「国立大学法人大学院
環境科学関係研究科長等会議」に参画している。岡山大学が幹事校を務めた 2022 年の第 45 回会議は、COVID-19 の状況を鑑み
オンライン会議となった。
日時：2022 年 8 月 26 日

14：00-17：00○協議題 1：退会等に伴う「国立大学法人大学院環境科学関係研究
科長等会議規程」の改正について○協議題 2：次回本会議の開催について○承合事項 1：環境科学分野における内部質保証・外部評価の基準について○承合事項 2：
1）エネルギー価格（特に電気料金）上昇に対する各大学法人または研究科における対応状況について
2）各大学法人における脱炭素化の取組（創エネ・省エネ）などについて○承合事項 3：消耗品や備品の価格、光熱水料、旅費・宿泊費（特に海外）の上昇に対する全学または部局での対策について【国際協力・交流関連】

部局間学術交流・学生交流合意覚書締結

ITB でのセミナー

ITB と当研究科からの出席者

川田研究科長と I ESLP 修了生たち

ソウル大学校知能生態科学研究科との部局間協定締結
9 月 15 日、本研究科はソウル大学校知能生態科学研究科と部局科長がそれぞれの協定書に署名した。小端准教授と Kang 研究科

間協定の調印式を行い、協定を締結した。COVID-19 感染防止の長は、韓国の都市における屋根上太陽光発電と電気自動車を使っため、オンラインでの調印式となった今回は、ソウル大学校からた脱炭素化ポテンシャルの共同研究を既に開始しており、協定締結

Kang Junsuk 研究科長が、本学から川田研究科長、成田教授、による研究の加速と、学術交流の促進が期待される。

駒井客員教授、小端准教授が参加し、川田研究科長と Kang 研究

ソウル大学校 Kang Junsuk 研究科長

98 Coexistence Activity Report 2022

川田研究科長Coexistence Activity Report 202299

学術交流協定

索引
氏名

あ

職階

浅沼

宏

ページ

氏名

職階

ページ

34

助教

28

特任講師

張

50

範芳

教授

24, 66

教授

土屋

46

寺坂

宗太

特任助教

64

48

轟

（産業技術総合研究所） 客員教授

アレクサンダー グスマン
壹岐

伸彦

井田

大貴

助教

伊野

浩介 （工学研究科）

准教授

48

井上

久美 （山梨大学）

准教授

48

井上

千弘

教授

10

宇野

正起

助教

12

梅津

将喜

助教

8

助教

24

（学際科学フロンティア研究所、工学研究科）

特別研究員

王

佳婕

王

真金

大田

昌樹

大野

肇

大庭

雅寛

大村

朋彦 （日本製鉄株式会社）

岡本

敦

准教授

56

隆一

教授

32

中島

英彰 （国立環境研究所）

客員教授

62

中村

謙吾

助教

20

中谷

友樹

教授

36

梨本

裕司

助教

48

52

紳也 （日本製鉄株式会社）

客員教授

60

准教授

成木

54

助教

成田

史生

特任准教授

倪

教授

50
64

客員教授

60

教授

12

栄輝

金本

圭一朗

亀田

龍之介

川田
簡

理暢
知人 （工学研究科）

唐島田

た

達也
梅芳

埴淵

知哉

バニー ノビタ アルビアーニ

38

平野

伸夫

准教授

30

福島

康裕

教授

8, 32

准教授

44

町田

敏暢 （国立環境研究所）

助教

46

教授

18, 64

助教

久保田

健吾

窪田

ひろみ

熊谷

将吾

熊谷

明哉

准教授

栗田

大樹

小端

拓郎

駒井

武

小森

大輔 （工学研究科）

齋藤

優子

坂口

清敏

佐藤

義倫

里見

知昭

佐野

大輔 （工学研究科）

珠玖

仁

白鳥

寿一

末吉

和公

関根

良平

高橋

英志

高橋

弘

（工学研究科）ま10, 32

准教授

42

特任准教授

24

助教

ダンダル オトゴンバヤル
100 Coexistence Activity Report 2022

は

嘉苓

教授

松八重

一代

松原

秀彰

松村

勝

丸岡

大佑

三橋

正枝

（日本製鉄株式会社）

ミンダリョワ ディアナ

44, 58
48

太一

助教

52

村田

功

准教授

26

森口

晃治 （日本製鉄株式会社）

八代

圭司

山岸

裕幸

教授
准教授

20, 6642

准教授

32, 44

准教授

16

准教授

6

助教

14

教授

42

教授

48

教授

32

助教

24

助教

36

教授

22, 32

教授

14

助教

12

や

劉

ら

庭秀

横井

瑚子

横山

幸司

横山

俊

吉岡

敏明

李

玉友

劉

暁東

（工学研究科）リヤン アクマド ブディマン

わ

渡辺

壱

渡邉

則昭

和田山

52

特任助教

50

准教授

36
24

助教

32

教授

4

助教

村上

（材料科学高等研究所、物質・材料研究機構）

さな

バラチャンドラン ジャヤデワン

葛西
上高原

直人

鳥羽

（学際科学フロンティア研究所、材料科学高等研究所）

か

政陽

智正

教授

50

客員教授

62
28, 66

教授
特任教授

64

客員教授

60

助教

31

特任助教

64

助教

24

准教授

31

准教授

40

客員教授

60

准教授

18

助手

24

教授

66

助手

64

助教

22

准教授

22

教授

44, 58, 66

教授

42

特任助教

14

助教

18

准教授

58

教授
教授

20
56

Coexistence Activity Report 2022 101

環境科学研究科事務室職員
事務室長

高橋

哲也
教務係

総務係
係長

松田

悦子

専門職員

根本

貴徳

二階堂

係長

敦子

菅田

宙

阿部

友香

赤坂

葉子

加藤

智

佐々原

鹿野

美里

高橋

直美

村岡

響子

伊藤

則子（5月まで）

佐藤

智香

高橋

弘恵

石田

有美（ 3 月まで）

林

睦（ 3 月まで）

舘

智恵（12 月まで）

竹之内

野乃花（12 月まで）

発

行 ： 東北大学大学院環境科学研究科

企

画 ： 情報広報室
教

授

高橋

英志

准教授

坂口

清敏

准教授

大田

昌樹

助

物部

朋子

手

発 行 日： 2023 年３月３１日
制
作 ： 株式会社コミューナ
デザイン： 小林知博デザイン室

102 Coexistence Activity Report 2022

裕子

お問い合わせは下記に[ 環境科学研究科 総務係 ]TEL 022-752-2233
FAX 022-752-2236〒 980 - 8572 仙台市青葉区荒巻字青葉 468 -1
https ://www.kankyo.tohoku.ac. jp/