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「エネルギー変換」の領域で世界をリード
大学院理工学研究科化学専攻
伊原学 准教授
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実験室にある4つの発電装置のうちのひとつで、ガス燃料と液体燃料を電気エネルギーに変換する。2つの制御画面はタッチパネル式。共同研究で制作したオリジナルのこの装置を、伊原研では愛着を込めて「3号機」と呼んでいる。
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周波数の異なる交流信号を燃料電池に与え、その応答から燃料電池内部の抵抗をその速度の違いによって分離する。作成した燃料電池の性能の差の原因を電気化学的に調べるための重要な装置。
最近は、家庭用の装置も普及し始めている燃料電池。その燃料が" 水素"であることは皆さんご存じかもしれません。水素と空気中の酸素を反応させて電気をつくる。水の電気分解の逆の反応です。
しかし私たちが研究している燃料電池では、燃料に"炭素"や"メタン"を使います。なぜか。実は、単体の水素は自然界にはほとんど存在しません。そのため水素を生成するのにエネルギーが必要となり、トータルでみるとその分総合変換効率は低下してしまうのです。まして貯蔵に極低温の高圧タンクが必要だったりすることから、エネルギーを運ぶ物質としての水素は必ずしも優等生とはいえません。
そこで、ここ数年急速に注目を集めているのが、天然に存在する炭化水素系の物質を直接燃料電池の燃料にしようという取り組みです。私たちは世界で最も早くこの分野に着手した研究室のひとつ。実際、「リチャージャブル・ダイレクトカーボン燃料電池」という仕組みで特許を取り、世界最高レベルの発電量（単位あたり）を実現しています。一番の課題は、発電効率の低下を招く炭素析出という現象ですが、化学、特に電気化学、材料化学の知見などを駆使していくつかの解決策を提案しています。
一方で、太陽電池の発電効率向上も私たちの研究対象です。色素を使った太陽電池に金や銀のナノ粒子を入れることで太陽光の吸収率を高めることに初めて成功。さらにシリコン膜の間に塗布することで変換効率を向上できる金や銀のナノ粒子膜の合成にも成功しました。これらはいずれも金属中の電子の激しい振動を利用しています。
ただし、こうした「エネルギー変換」と呼ばれる領域の基礎研究は、実社会で活かされなければ意味がありません。サッカーでたとえるなら、個々の選手の能力が上がっても、それがチームとして機能して勝利につながらなければ価値がない。そんな思いから、私たちは並行してエネルギーシステム全体の開発にも力を注いでいます。
特に分散型エネルギーは、使う場所にマッチした組み合わせや活用法がポイント。燃料電池の排熱の有効利用などがその一例です。そうしたシステム全体を見渡す「ズームアウトの視点」と基礎的な要素技術を追究する「ズームインの視点」。この２つを両立させ、今後も人類に役立つものを生み出していきたいと思っています。
准教授 伊原学
- 1994年、東京大学大学院工学系研究科修了。
- 科学技術振興機構研究員（兼任）、東京工業大学炭素循環エネルギー研究センター助教授などを経て、2011年より東京工業大学大学院理工学研究科化学専攻准教授。
（2013年取材）
