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駒場生向け講義

駒場生向け講義

 化学システム工学科では教養学部生向けに様々な講義を行っています。

2020冬学期(A1・A2) 講義は全てオンラインで行います。

【学術フロンティア講義:社会を先導する化学システム工学】月曜5限

 化学システム工学科の教員が、持続可能社会を創るための化学を、基礎から分かりやすく説明します。以下のテーマを学びます。
 「化学と社会のつながり」を考えたい学生諸君の参加を歓迎します。教員や大学院生と交流する機会も設けます。希望者には化学システム工学科研究室のバーチャル見学会も企画します(参加は自由です)。

<対 象> 理科生
<スケジュール>
9/28, 10/5 「分子から見たバイオと未来医療」(西川 昌輝 講師)

私たちの体は、無数の分子で構成されています。これらの分子が様々に相互作用(化学反応)することで、生命活動に必要な機能が維持されたり、ときには病気を発症したりします。その化学反応の場としての生体は、遺伝子やたんぱく質、細胞、臓器からなる多階層化学システムとして捉えることが出来ます。この多階層化学システムを最先端の実験と数理モデルの組み合わせで理解し操ることで、未来の医療を実現します。生体を多階層化学システムとして捉えるという工学的アプローチの医療分野における意義や可能性を理解してもらいます。

10/12, 10/19 「二次電池の未来技術」(山田 裕貴 准教授)

電気エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵し、必要なときに取り出すことのできる二次電池は、エネルギー問題・環境問題の解決に向けて必要不可欠なデバイスです。本講義では、リチウムイオン電池などの二次電池の基礎と未来技術について、化学をベースに解説します。

10/26, 11/2 「触媒と未来のエネルギー」(品川 竜也 助教)

持続可能な社会の実現に向け、我々は化石資源への過度な依存から脱却し、再生可能エネルギーを積極的に利用していく必要があります。
この講義では、まずエネルギー供給・消費について概観し、さらに再生可能エネルギーによって駆動する触媒反応プロセスについて解説します。

11/9, 11/30 「計算化学から見た触媒と環境問題」(中山 哲 教授)

多数の原子・分子系に対して、量子力学の基礎方程式であるシュレディンガー方程式や古典力学のニュートン方程式をスーパーコンピューターを用いて解くことで、触媒や材料・デバイスの構造、物性、動作原理を実験を行うことなく予測することができます。
最先端の研究内容とまた最近話題の機械学習を用いた触媒設計も紹介します。

12/7, 12/14 「環境問題を解決するナノ空間材料」(伊與木 健太 助教)

ナノ空間材料は、分子と同じくらいの大きさの空隙をその中に持っている材料です。この空隙により、分子を貯めたりふるい分けたりといったことができ、触媒や吸着材、イオン交換材等として広く世の中を支えています。今回は、中でも環境問題の解決に貢献する用途として温室効果ガスや有害物質の除去、無害化を中心にお話しします。

12/21, 1/7 「Simulation for chemical/drug manufacturing」(Badr Sara 助教)

Process simulation is a powerful tool for chemical engineers. In this lecture, we will discuss different applications of process simulation for energy, environment, and economic assessment purposes. Examples of different tools, software, and techniques will be presented for case studies in carbon capture, biorefineries and pharmaceutical production.

メディカル

【総合科目D:現代工学基礎Ⅱ 化学情報とシミュレーション】木曜5限(中山 哲 教授、菊池 康紀 准教授)

社会問題を化学の力で解決に導くための基本的なシミュレーション技術や情報処理技術をMicrosoft Excel を利用した演習を通して学びます。また、計算化学・理論化学の基礎を学び、演習を通して、課題解決に向けての具体的なアプローチの仕方について学びます。

<スケジュール>
10/8(菊池): エネルギー問題とは?エネルギーのベストミックスとは?

日本におけるエネルギー問題について、インターネット上に公開されている統計資料等を参照しながら学ぶ。技術的側面、経済的側面、法的側面を知り、東日本震災に端を発して再認識した日本におけるエネルギー問題のポイントについて理解する。エネルギーのベストミックスを考える上で重要となる技術的・社会経済的側面について学ぶ。エネルギーシステムに社会から要求されている事項と、環境・資源制約について知り、シミュレーションの必要性について理解する。

10/15,22(菊池): シミュレーション演習(エネルギーシステム)

代表的な幾つかの発電技術について、Microsoft Excel上に簡単なモデルを構築し、以下の問題についてシミュレーションによって分析を行う。
 ・ 将来のエネルギー需給・技術の組合せによるエネルギー供給の可能性?
 ・ 固定価格買取制度に基づく再生可能エネルギーの導入量と社会経済性

10/29(菊池): バイオマスとは?様々なバイオマス変換技術

再生可能資源としてのバイオマスについて、現状と今後の展望を学ぶ。植物資源の一部であるバイオマスを資源として用いるメリット・デメリットを知り、現在の技術的・社会経済的課題を理解する。
様々な目的製品を得るためのバイオマス変換技術について学ぶ。原料と技術の組合せにより化石資源から合成される化学物質を得られることを知り、バイオマス変換技術のシミュレーションの必要性について理解する。

11/5,12(菊池): シミュレーション演習(バイオマス)

代表的なバイオマス資源とその変換技術について、Microsoft Excel上に簡単なモデルを構築し、以下の問題についてシミュレーションによって分析を行う。
 ・ バイオマスによる製品製造プロセスの環境負荷や経済性
 ・ 炭素税や固定価格買取制度等、法や経済的仕組みの整備による影響

11/29,26(中山): 理論化学・計算化学とは?

コンピューターを用いて化学現象を理解・予測する分野である理論化学・計算化学について概説する。様々な社会問題解決に向けて、計算化学がどのように活用されているのかについて、情報科学との融合など最先端の研究例を紹介しながら、具体的なアプローチの仕方について学ぶ。

12/3,10,17,24(中山): 量子化学演習

 Gaussianを用いた量子化学計算の演習を行う。分子の安定構造や遷移状態、反応経路の決定を行い、量子化学に基づいて化学反応の本質に関する理解を深める。

【全学自由研究ゼミナール:化学システム工学の研究を体験しよう!】(脇原 徹 教授、杉山 弘和 准教授、山田 裕貴 准教授)

「環境・エネルギー・医療」を柱とする化学システム工学科。その研究室をバーチャル体験します。リチウムイオン電池を始めとする二次電池の研究室(山田・大久保・山田研)、環境浄化作用を持つ多孔性材料の研究室(大久保・脇原研)、そして医薬品の製造プロセス設計の研究室(平尾・杉山研)が参加します。化学を基盤に、様々な知識をネットワーク状に組み合わせて、社会の実課題を解決し、あるべき姿を示す化学システム工学の真髄に触れます。

     

 

【全学自由研究ゼミナール:生体を化学システムとして捉えてみよう!】(太田 誠一 准教授、西川 昌輝 講師)

私たちの体は、無数の分子で構成されています。これらの分子が様々に相互作用(化学反応)することで、生命活動に必要な機能が維持されたり、ときには病気を発症したりします。本ゼミでは、生体を化学物質が秩序だって移動し反応する多階層化学システムとして理解することを目指します。遺伝子レベルの化学的なデータの解析を体験し、これをどのように実際の診断や治療に役立てることができるかについて、工学的なアプローチから検討します。そして、生体を多階層化学システムとして捉えることの医療分野における工学的意義や可能性を理解してもらいます。

2020Aセメスター 全学ゼミ・学術フロンティア講義 工学部合同説明会

 工学部が提供する全学自由研究ゼミナール・全学体験ゼミナール・学術フロンティア講義の合同説明会が開催されます。

  日  時:2020年9月25日(金)18:45~
  開催形態:Zoomによるオンライン開催
       UTASにログイン後、掲示板のお知らせにてZoomのURLを確認して、アクセスしてください。

【参考】2020夏学期(S1・S2) 

【初年次ゼミナール理科:化学工学を理解して、地球温暖化に挑む】(脇原 徹 教授)

 「持続可能な社会」を実現するためには地球温暖化問題を克服しなければならない。
既に地球温暖化による影響は各所に見られるようになってきたが、依然としてCO2をはじめとする地球温暖化ガスの排出量は増え続けているのが現状である。危機的状況にあるといっても過言ではない。この問題に取り組むためには、特にサイエンス&テクノロジーの役割は大きい。特に、“化学システム工学”がキーであり、本授業ではこれを学んでもらう。

 化学システム工学とは、化学を基盤に、地球、社会、環境、安全など幅広い視野からシステマチックに対象をとらえる学問である。現実を踏まえた幅広い視野から対象をシステマチックに深く探求する。このアプローチこそが、現実の問題解決への具体的なビジョンを示す可能性をもっている。

 この授業を通じて、地球温暖化は食い止めることが可能である、ということを理解してもらいたい。
 1年生の少人数クラスでの議論を通して、正解が明らかでない問題について考える力を養うことを目的とする。意欲のある学生を歓迎したい。

曜限 月曜4限
教室 オンライン講義
スケジュール 第1週がガイダンス、第2週が共通授業(検索実習の共通講習を含む)、第3- 13週が個別授業となります。
  1. ガイダンス
  2. 共通授業
  3. 地球温暖化問題の基礎 持続可能な社会を実現するために検討すべき課題の提示、議論
  4. 移動速度論概論、グループ作業:課題に関する科学的検討
  5. 成果発表:課題の検討結果の報告、討論
  6. 温室効果ガス(CO2)の排出源に関する課題の提示、議論
  7. グループ作業:課題に関する科学的検討
  8. 成果発表:課題の検討結果の報告、討論
  9. 温室効果ガス(メタン、亜酸化窒素)の排出源に関する課題の提示、議論
  10. グループ作業:課題に関する科学的検討
  11. 成果発表:課題の検討結果の報告、討論
  12. 総合討論のための課題の提示、議論
  13. 総合討論、授業アンケート

*その他の詳細はこちらから

【初年次ゼミナール理科:やってみよう!化学を使った社会設計】(杉山 弘和 准教授)

 本ゼミでは、化学の知識を活かして、身近な社会課題に解決策を提案するための手法を学びます。
まず基礎知識を取得するために、以下のような演習課題を解きます。

  • エアコンの効率が100%にならないのはなぜか?(熱力学の応用)
  • スイカを冷やすまでにどれくらいの時間が必要か?(微分方程式の応用)
  • PETボトルのリサイクルは環境に良いのか?(プロセス工学の応用)

これを土台に、グループワークで以下のようなテーマに取り組みます。テーマ設定は自由です。

  • 医療・医薬の問題
  • 環境問題
  • エネルギー問題

 本ゼミの狙いは、化学や関連分野の基礎知識をネットワーク化・システム化し、実際の課題解決に活用できるツールとして身に着けることです。教員やディーチングアシスタントの大学院生と密にやり取りするゼミを目指します。 

曜限 金曜3限
教室 オンライン講義
スケジュール 第1週がガイダンス、第2週が共通授業(検索実習の共通講習を含む)、第3- 13週が個別授業となります。
前半は基礎編として演習問題を解きながら重要な要素知識を身に着けます。後半はグループワーク編として課題設定から解決策の提案までを実施します。

*その他の詳細はこちらから

【総合科目D:環境・エネルギー工学基礎Ⅰ 化学システム工学入門 -次世代社会のための化学と材料-】

 化学とは物質の性質、構造ならびにこれら相互間の反応を研究する自然科学の一部門である。物質を扱う限り、化学的な視点が不可欠であることはいうまでもない。一方、現実の環境問題やエネルギー問題などに取り組もうとすると、化学の知識だけでは不十分であることがわかる。なぜならば、我々が直面している課題は、様々な要因が絡みっており、複雑な様相を呈しているからである。このようなときには、対象を要素から構成されるシステムとしてとらえる、システム的アプローチが大きな力を発揮する。化学システム工学は、これらの問題を取り扱うための方法論を提示する学問である。
 本総合科目においては、化学システム工学を基に、化学的な視点(化学反応、材料、エネルギー)に立脚しながら、我々人間社会が直面している課題(気候変動、大気・水環境、安全とリスク、人工臓器・再生医療など)を取り上げることで、エネルギー変換化学、環境化学、安全安心、医療を対象とした、現実の「マクロ」の問題にどのように取り組むかについて講義と議論を行う。
 4名の講師によりエネルギー変換化学、環境化学、安全安心工学、医用工学について3回ずつ講義を行う。

曜限 金曜5限
教室 オンライン講義
スケジュール

・イントロダクション

  1. エネルギー変換化学
    1. 気候変動問題とエネルギー変換の考え方:熱力学とシステム論の視点
    2. 化学エネルギー・光エネルギーの変換技術:燃料電池・太陽電池
    3. エネルギーの貯蔵技術:蓄電池・水素
  2. 環境化学
    1. 我々が抱えている環境問題
    2. 大気環境:光化学オキシダント、PM2.5
    3. 水環境:資源としての水と水環境
  3. 安全安心工学
    1. 安全とは:安全とリスク、事故事例と安全管理
    2. 安全管理:ハザードアナリシス、リスクマネジメント
    3. 火災・爆発災害:事故の科学的解明と防止策
  4. 医用工学
    1. 医療と工学の接点: 生命現象を化学とシステム論の視点から考える
    2. 人工臓器と再生医療: 細胞を使わない治療と細胞を使う治療
    3. ドラッグデリバリーシステム: 「薬を作る」、「薬を使う」をシステムとして考える

・まとめ

対象 受講に際して、文・理科類、学年を問わないが、高校レベルの化学の基礎をマスターしていることを前提とする。

*その他の詳細はこちらから

【学術フロンティア講義:化学システム工学で拓く未来社会】

 化学システム工学科の教員が、持続可能な未来社会を創るための化学を分かりやすく説明します。
「化学と社会のつながり」を考えたい学生諸君の参加を歓迎します。教員や大学院生と交流する機会も設けます。希望者には本郷キャンパス・化学システム工学科研究室見学会も案内します(参加は自由です)。

曜限 月曜5限
教室 オンライン講義
スケジュール 4/6, 4/13    「光触媒で太陽エネルギーを水素に変換する」
4/20, 4/27  「化学とバイオの力で病気に立ち向かう」
5/11, 5/18  「『環境にやさしい』を工学的に検証する」
5/25, 6/8    「リチウムイオン電池でエネルギーを有効利用する」
6/15, 6/22 「診断・治療ナノシステムを化学で創る」
6/29, 7/6   「大気環境汚染を計測し、解決する」
対象

理科系1、2年生

*その他の詳細はこちらから