化学/材料・デバイス

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化学とデバイス

遠い昔から、お湯を沸かしたときに蒸気が、湯沸しのふたを押し上げる現象は、わかっていました。しかし、この現象が、蒸気機関として利用されるには、17世紀の物理学者デニス・パパンの発明、さらには、温度に対する蒸気密度と圧力との関係に注目して発明されたワットの蒸気機関の登場によって、はじめて産業革命の動力源となったことは、よくしられています。
つまり、化学のタネだけでは、役には立たないのです。具体的な問題解決のためには、化学を基盤に材料を設計し、システム化して、デバイス(装置)を作り出していくことが必要なのです。

化学システム工学の役割

人類が暮らしを発展させていく上で、化学システム工学の役割はますます重要になってきています。
燃料電池を例に考えてみましょう。水を電気分解すると、酸素と水素ができ、逆に水素と酸素を化学反応させると電力がとり出せるという燃料電池の原理は、19世紀から考えられていました。しかし、必要性、あるいは材料などの問題から、宇宙計画が始まるまで、デバイス(装置)が実用化されていませんでした。
燃料電池は、水素と酸素から水蒸気しか排出せずに電力をとりだすことのできるクリーンな電力源です。燃料電池を構成するイオン導電膜や触媒などの材料開発が進み、試験的には自動車にも組み込まれています。しかし、水素を燃料に選ぶのなら、どのように水素を自動車に搭載するのか、そもそも水素をどのように製造するのかも重要で、水素吸蔵材料や水素分離膜・光触媒などの材料開発も進めています。更に、化石資源から水素を作る際には、火力発電やエンジンよりも高効率でないと元も子もなく、全体システムの評価も重要です。このように燃料電池一つとっても、化学を基盤に、様々な材料を新規に開発し、巧妙にシステム化することが、実現には欠かせません。
そのほか、豊かで安全な社会を築き上げるために必要な、様々な材料・デバイス(太陽電池、蓄電池、環境触媒、先端医療デバイス、等々)をみても、化学、そして化学システム工学の貢献なしに、更なる展開は望めません。

化学システム工学が切り開く未来

化学システム工学を習得すると、化学に関する基盤を背景に、システム工学的なアプローチで、これから必要となる材料・デバイスを合理的に創出・設計することが可能になります。また次世代の基盤技術として期待されているナノテクノロジー分野においても、化学システム工学は大きな役割をはたしてきています。

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