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エネルギー

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エネルギー問題と資源問題、環境問題

 今後エネルギー問題をどうしていくのか、全地球規模で考えなくてはならないことです。これまで、石油や石炭といった化石燃料を大量に消費してきたことで、化石エネルギーの枯渇が近づく一方、COによる地球温暖化や硫黄酸化物(SOx)や窒素酸化物(NOx)による酸性雨などの環境問題が起こってしまいました。
 対策としては二つ考えられます。第一の対策はCOを放出しないクリーンで再生可能なエネルギーの開発です。水力発電、太陽電池や風力発電に加え、カーボンニュートラル(エネルギー製造と利用の正味ではCOが変化しない)なバイオマスからのエタノール製造などが代表例です。これらはみな、無尽蔵な太陽光エネルギーを有効活用する技術です。もう一つの対策はエネルギー変換プロセスの効率を高めてCOの放出量を低減することです。従来技術の改良はもちろんですが、例えばエネルギー利用では白熱灯/蛍光灯→LED照明へ、エネルギー製造では火力発電→水素製造・燃料電池へと、新しい方式の開発が代表例といえるでしょう。また、燃焼現象を化学的に解明することでエンジンの燃焼効率を改善したり、排ガス中のSOxやNOxの発生を抑えることもできます。

化学システム工学の役割

 これらの課題解決方法の基礎は化学にありますが、残念ながらそれだけでは、実際の課題解決には至りません。つまり、エネルギー問題解決の大きな方向性はわかっているけれども、現実的な解決方法には、道半ばという状態なのです。
 例えば、穀物のバイオエタノールへの原料化は穀物市場の高騰を招いていますし、何より、代替燃料は開発、製造コストが高く、開発途上国では実質上使用不可能になっています。また、排ガス中のSOxやNOxを除去するために触媒として使用されているレアメタルも近年取得コストが急上昇しています。エネルギー問題を大きなシステムととらえた時には、このような社会的、経済的な諸問題もふまえ、常に問題解決を指向しながら、現実的に対応できる実現可能なシステムを開発することが必要なのです。

化学システム工学が切り開く未来

 4年生になって配属される研究室では、以下のようなテーマに取り組んでいます。

  • 「フロー電極を用いたリチウム回収に関する研究」(菊地研)
  • 「異なるナトリウム塩触媒を用いたメタンの酸化カップリング反応」(高鍋研)
  • 「層状化合物LiTi2NbO7を用いた水系リチウムイオン電池の高エネルギー密度化」(山田研)
  • 「P2-Type Oxygen-Redox Cathode for Sodium-Ion Batteries」(山田研)
  • 「非フッ素系電解液中におけるアルカリ金属析出溶解反応」(山田研)
  • 「リチウム過剰スピネル型正極材料における酸素レドックス」(山田研)
  • 「濃厚水系電解液を用いた特異水和カチオンのV2O5層間空間への挿入」(山田研)
  • 「DFT計算によるNa3Cr2(PO4)3の正極特性解析」(山田研)
  • 「新規消火性電解液における電解液還元反応機構の理論的解析」(山田研)

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