PROJECTS
界面電気化学をベースにした次世代技術とナノ分野の融合による脱炭素社会への貢献
水畑 穣 工学研究科 教授 Minoru MIZUHATA Professor
界面電気化学が築く次世代の産業基盤
界⾯電気化学をライフワークとする⽔畑教授が取り組むのは、次世代の産業基盤をつくるための技術として、さまざまな機能を持ったセラミックス材料の合成や物性評価、蓄電池や燃料電池などの電気化学デバイスへの応⽤に向けた研究だ。⼤量のエネルギーを必要としない⽔溶液法を⽤いて、ナノレベルで形態を制御されたセラミックス材料を合成することで、既存の材料にない新たな機能を付与することができる。また、電気化学デバイスの中に存在する、固体と液体の界⾯近傍におけるイオンのふるまいを、電気化学的⼿法・分光学的⼿法を⽤いて解析し、溶液の物性に関する基礎的な知⾒を得るとともに、さまざまなアプリケーションへの応⽤を⽬指している。
次世代蓄電池への期待
⽔畑教授は、⾝の周りに多く含まれる資源を使って⼤きなエネルギーを取り出すことができる⼆次電池の電極反応における界⾯現象に関する解明を⾏っている。これは、電極界⾯における電⼦の授受に起因する電荷移動反応と荷電粒⼦の物質移動が早くすすむ物質を⾒出すことで、ゼロエミッションの次世代の動⼒に⽤いることができる蓄電デバイスの開発につなげようというものだ。
電池のなかでも、⼤事なのは蓄電池だと⽔畑教授は話す。化学エネルギーをダイレクトに電気に換えるということで燃料そのものを使う。ただし、充放電の際に化学変化が双⽅向で出てくるため、エネルギーを新しく⽣み出すものではなく、むしろ充放電の際に⼀部ロスが⽣じる。そのため、どこかで電気が余っていたり、電気を遠隔で使わなければならないといったときに、ガソリンや内燃機関を使って低効率で動かすデバイスを使うよりは、可搬性のあるエネルギーにして無駄なく使えるという点で、再⽣可能エネルギーと⾔える。蓄電池は輸送⽤の動⼒のエネルギー源として使うということに⼤きく期待されているが、次世代蓄電池は、それをもっと便利に使ったり、⼤量の電流がとれるようにして、動⼒源を内燃機関から全部置き換えていったりすることに主眼が置かれているという。
建材の長寿命化を支える防食加工技術
⽔畑教授が得意とする界⾯抵抗抑制技術は、電池の分野にとどまらない。企業との橋梁などのインフラ施設や⼯場・倉庫などの建設・保全を⼿がける企業との共同研究により、建造物の防⾷や防錆のための表⾯加⼯技術開発にも取り組んでいる。こうした技術は、建設後数⼗年でのスクラップアンドビルドを繰り返してきた⽇本の建設業界においてもライフサイクルアセスメント（LCA）が意識されるようになった今⽇、建材の⻑寿命化や脱炭素への貢献につながるものだ。
高温状態のCO2を吸収する技術
CO2を直接的に減らせるのは、CO2の固定化だ。⽔畑教授は、有機化学反応を利⽤して固定化する技術開発にも取り組んできた。CO2を固定化するためには、産業活動から排出されたCO2が⼤気放散される前に回収・貯留するCCS（Carbon dioxide Capture and Storage）が必要だ。現在⽇本で最もCO2を多く排出している産業である鉄鋼業では、⾦属精錬の過程で⾮常に⾼温のCO2が⼤量に発⽣する。物理化学的に⾮常に⼤きなエネルギーを持っている⾼温のCO2を固定化・吸収させることが求められるわけだが、⽔畑教授は400℃から600℃ほどの⾼温でCO2を吸収する材料の開発も⾏ってきている。
大学としてカーボンニュートラル推進に取り組むには
全学でカーボンニュートラル推進に取り組むのであれば、どこに価値観の軸⾜を置いているのかを明確にする必要があり、最終的には政策提⾔ができることを⽬指すべきだと⽔畑教授は話す。また、先端技術との親和性が⾼いために理系主導となりがちであるが、⼈⽂社会系の研究の貢献も重要だ。また、教育においては、これからのシーズになるようなテーマを⽴ち上げ、学⽣の研究テーマに下ろしていくということが⼀番重要であり、SDGsに関することを研究したいと思っている学⽣がどこに⾏けばいいのかわからないのが⼀番問題だと指摘する。SDGsはリテラシーの問題であり、教養課程で各ゴールをテーマにしたオムニバスの必修講義を設け、単位認定することを提案する。スキルとしてSDGsの知識を⾝につけた神⼾⼤学⽣の社会での活躍を⽔畑教授は期待している。
