教員インタビュー　高鍋 和広 教授

固体触媒を駆使した革新的エネルギー変換技術の確立

　我々は現在、化石資源の有効利用によりカーボンフットプリントを低減させると同時に、再生可能エネルギーを積極的に利用するプロセスを確立していく時代を迎えています。例えば、太陽光や風力といった再生可能エネルギーを用いて、燃料や化成品を合成する新規化学プロセスを実現していかなければなりません。化学反応を促進する「触媒」はその核となる役割を担います。我々の有する化学の知識は、電子の挙動を理解し制御するところに根幹があります。軌道中で電子を共有することで化学結合が作られ、その分子を基本構成要素として生体や環境は構築されます。今注目を集めている水素エネルギーは、電子2個によって軌道が共有されることで集約した化学結合エネルギーです。再生可能エネルギーを用いてこの水素を製造する技術が確立されれば、燃料や化成品がサステイナブルなものとなり、世の中のエネルギーシステムは一変します。

　我々の研究室では固体触媒の研究を遂行しています。原子・分子レベルというナノスケールにおいて、化学結合の組み換えを促進する反応活性点を設計・創出します。天然ガスの主成分であるメタンを原料とする革新的化成品合成プロセスを構築する一方で、再生可能エネルギー由来の電気により水や二酸化炭素を転換する電極触媒とその反応システムを開発しています。さらに光触媒を用いた水分解反応により、太陽エネルギーを一段で化学エネルギーに変換する反応も研究対象としています。こうして製造されるグリーン水素を輸送可能なエネルギーキャリアへ転換すべく、例えば大気中の窒素と組み合わせてアンモニアを合成する触媒反応についても研究しています。以上に加え、電子のポテンシャルを記述する電気化学を基礎として、熱触媒、光触媒にその技術を応用することで、触媒化学の新学術領域の創成を目指しています。

　固体触媒研究の最先端では、高度な技術を駆使した電子顕微鏡やシンクロトロン放射光施設による測定、そして計算化学やシミュレーションとの融合による分子・デバイスレベルの議論が不可欠であり、我々の研究室では大学や研究機関の垣根を越えた国際研究連携を積極的に推進しています。さらに成果の社会還元・産業応用を指向し、企業R&Dとのコラボレーションによってスケールアップ、パイロットプラント化なども検討します。我々の研究は、分子を理解して地球環境規模の問題に立ち向かうものであり、まさに「分子から地球まで」という化学システム工学のコンセプトを体現しています。ラボスケールでの研究が実際に大規模に社会実装されることを目指し、一緒に研究しませんか。