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林灯 教授 九州大学エネルギー研究教育机构 専门分野 燃料电池、材料科学、电気化学

林灯

教授

九州大学エネルギー研究教育机构

専门分野

燃料电池、材料科学、电気化学

产业革命以降、地球の気温は徐々に上昇しています。化石燃料の燃焼によって、温室効果ガス（大部分は二酸化炭素）が大気中に放出されていることが主な原因です。対策を打たなければ、地球温暖化は异常気象の度重なる発生を引き起こすと共に、今や気候非常事态と呼ばれ、紧迫した状态に陥っている生态系に甚大な被害を及ぼすでしょう。

幸いにも、この地球規模の課題に対し、产学官が一体となって立ち向かおうとしています。実際に日本政府は2021年1月、2050年までの「カーボンニュートラル」を宣言しました。目標達成に向けた有望な方法として注目を集めているのが、再生可能エネルギーとカーボンフリー技術への投資と研究です。

「次の世代へつなぐには、環境に優しい、いわゆる『グリーン技術』の発展が重要であり、太陽光や風力、波力などを利用した再生可能エネルギーは非常に優れた選択肢です」と、九州大学エネルギー研究教育机构林灯教授は指摘します。

林教授、学生たちとトヨタの2021年型水素燃料自动车「惭滨搁础滨」。车両は九州大学の水素ステーション周辺に时々登场します。

「ただ、これらのエネルギー源は常に需要に対応できるわけではないため、エネルギーの贮蔵が必要です。短期间の贮蔵には充电式电池が有効で、长期的には、そのエネルギーを水素に変换する方法もあります」。

水素エネルギー研究を牵引してきた九州大学で林教授は、この技术の肝である水素燃料电池の电极触媒の改善を研究の柱としています。

简単に説明すると、水素は正の电荷を持つ粒子である阳子と、负の电荷を持つ粒子である电子を1つずつ持つ原子です。水素分子が燃料电池に入ると、电极触媒によって分解され、核の成分にそれぞれ分かれます。

电子は回路を通过して発电し、电子が离れてイオン化した水素イオン（阳子）は膜を通过して燃料电池の反対侧に移动します。阳子と电子が再び合流すると、酸素と反応して水が生成され、発电の过程で排出される唯一の「廃弃物」となります。

白金粒子（緑）が炭素骨格（赤）の细孔内部に担持された电极触媒

「电极触媒は、燃料电池で起こる化学反応を加速させます」と语る林教授。「その电极触媒は白金ナノ粒子が高分散されたカーボンからなり、多孔质构造を形成しています。その构造を理解することが、効率化の键を握ります」。

林教授の研究チームは、电极触媒について调べ劣化を抑えると共に、电极触媒がより高温に耐えながら作动できる方法を探しています。

「劣化のメカニズムを解明することで初めて、それを防ぐ方法の开発につながり、耐久性が上がるのです」と林教授。「例えば、电极触媒上の白金ナノ粒子が凝集して表面积が减少し、性能が低下します。凝集を抑制できる方法を提案できれば、より高い温度でも燃料电池が作动できるようになり、自动车や大型车両での実用性が飞跃的に高まります」。

学生に指导する林教授

最近では、再生可能エネルギーから水素を生成する方法に着目しています。水素は水分子を水素と酸素に分解する「电気分解」によって作ることができます。ただ、现在、水电解による水素製造は、化石燃料から得られる电力が使われることが多いです。一方で、林教授のチームは再生可能エネルギーのなかでも、风力発电を利用した研究で、期待できる成果を上げています。

燃料电池や水电解の基础技术はほぼ确立していると、林教授は考えています。ただ、「水素エネルギー社会」の成功には、効率と実用性の向上が不可欠であり、优れた触媒の存在とは、そのパズルのほんの一部に过ぎません。

「この技术は、世界のエネルギー问题を解决する可能性を秘めています。ただ、それには水素インフラの研究など、様々の方向からの研究も必要です。」と林教授は説明します。「だからこそ、学生の教育にも力を入れています。水素エネルギー社会の実现に寄与できる优れた研究者や技术者を育てたいと考えています」。

「世界中の取り组みを通じて、今后10年间で、燃料电池自动车がさらに普及し、30年以内には、船舶や飞行机といったより大きな乗り物で水素が利用されることが期待されます」と林教授は语ります。