グラフェンで赤外光が可視光に

京都大学大学院理学研究科は2017年5月22日、炭素の単一原子層薄膜であるグラフェン赤外光パルスを照射すると、5分の1、7分の1、9分の1といった“奇数分の1”の短い波長を持つ可視光が生成されることを発見したと発表した。

これは「高次高調波発生」という現象であり、グラフェン(炭素の単一原子層、厚さ0.335ナノメートル)で実現したのは初めてだという。

この現象は1980年代後半にパルス幅が100フェムト秒(100超分の1秒)の高強度のパルスレーザーを希ガス原子気体に照射すると、波長が数10分の1(周波数が数十倍)の高次の高調波が発生することが発見されていた。
しかし固体ではレーザーで物質内部で破壊が起こる(現在のレーザー加工と同じ現象)ため最近迄成功してはいなかった。

数年前に照射する赤外の領域のレーザーの波長を使うことで、破壊現象を起こさずに高次高調波を発生可能であることが報告されて以来、研究が盛んになってきた。

その報告がきっかけで固体への照射による高次高調波発生の研究が盛んになった。だが、そのほとんどは厚い固体の結晶を用いたものだったので統一的な理論モデルが決まらない状態だった。

そこで京都大学大学院理学研究科の研究チームは炭素原子の超薄膜グラフェンで高次高調波を発生させる実験を行った。

その結果、世界で初めてグラフェンによる上に記した様な高次高調波発生を実現した。
すなわち赤外光を波長の異なる可視光に変換した。

この結果はグラフェンの次世代の超高速エレクトロニクスの基幹材料としての利用や赤外光の新しい検出応用への道を開くと期待されている。

更に詳しい情報は下記をご参照。
赤外光を可視光に、グラフェンの新特性が判明
グラフェンの新しい光機能の発見

CNTでも画期的な成果が出ることを切に期待。ノーベル賞候補から遠ざからないためにも。

 

 

 

 

 

藻類を原料とするバイオジェット燃料の開発競争

ジェット機の燃料は現在ケロシン(灯油とほぼ同じもの)を主体とする石油製品であり、毎日空気中で大量に消費され其の結果として世界中で排出される炭酸ガスの約2%を排出し、地球温暖化の一因ともなっている。

この現状の改良策として、石油系燃料を使わない方法として食物となる植物等生物資源から作る動きも過去あったが、食料となるものを原料とすることのリスクがあり、藻類から抽出する研究が進んできた。
藻類は植物からより単位面積当たりの生産量が高くまた炭酸ガスを固定する能力も高いとされている。

藻類など生物資源から取った油は空気中の炭酸ガスから作ったものだから燃やしても大気中の炭酸ガスの総量は増えないとされる。

当面の目標として東京五輪が開かれる2020年に藻から生産した油でジェット機を飛ばす計画が進んでいる。
その為もあり藻類研究の進化と大量培養に向けてのモデルプラント建設が各社で進展している。

これまでかなりよく知られているのはユーグレナ(ミドリムシ)だが、その他の藻類についても技術開発が進んでおり今回はこの概況をご紹介する。

事業者 原料(藻類) 取り組み状況 関連サイト
ユーグレナ ミドリムシ 2020年東京五輪までにミドリムシから作るバイオジェット燃料を航空機向けに実用化することを目指しているユーグレナは、三重県多気町でバイオジェット燃料向けの大量培養プールを、横浜市で精製工場をそれぞれ建設。実証実験に乗り出す。 エネルギー・環境事業国産バイオ燃料計画
IHI ポツリオコッカス 含まれる油の割合が高い藻類を選定。神戸大などと共同で、品種改良で培養測度を上げる。バイオジェット燃料を製造する技術を神戸大学などと共同で開発中。20年を目途に実用化を目指す。 藻類バイオ燃料の取組み
デンソー シュードコリシスチス 酸性の環境に強い藻類を選定。愛知県西尾市の工場で培養中。16年4月から熊本県天草市内の2万平方メートル敷地で実施設備稼働。18年までに年2万リットルの産出技術確立を目指す。 バイオ(微細藻類)

日刊工業新聞

Jパワー ルナリスソラリス 2種類の海洋珪藻を使用。春から秋は水温15℃から45℃に住むソラリス株、冬は水温4℃から25℃で低温に強いルナリス株を使い分ける。北九州市で年間1000Lの油を生産し培養から抽出まで一貫生産出来る体制を整備。 解説
NEDO
(新エネルギー・産業技術総合開発機構)
ポツリオコッカス他 国の研究機関として自身及び大学・民間企業に委託・補助の共同でバイオ燃料事業を引っ張る。
鹿児島市七ツ島に1500㎡の屋外 微細藻大規模培養施設を建設しコスト低減に向けたバイオ燃料開発を推進。
NEDOにおけるバイオ燃料製造技術開発の取組み

ユーグレナは2020年東京オリンピックでバイオジェット燃料を搭載した航空機を飛ばす予定。6月1日より工場建設着手する工場はミドリムシから搾っった油でジェット燃料を精製する日本初の設備となる。
ただ生産量は年産125キロリットルとまだ少なくあくまで実験工場としての位置づけだ。本格的な立ち上がりまではまだ時間を要するが、それまでは現在好調な機能性食品や化粧品のほか、農業用飼料で凌ぐ。

IHIはボツリオコッカスという藻類を使用する。この藻類は乾燥重量に対する油の含有量が50%以上という。
今年3月鹿児島市に1500平方メートルの培養地を建設した。20年には海外で数百ヘクタール規模の施設で生産する計画。

デンソーはシュードコリシスチスという藻類の屋外大量培養に着手した。18年に年2万リットルのバイオジェット燃料生産を目指す。

欧米の航空会社には既にバイオジェット燃料を使用しているところもあるが、その殆どが廃食油なので、供給が不安定であり、本命である藻類からの実用化が世界的に注目され期待されている。

普及に向けての最大の課題は製造コストであり、生産規模の拡大や品種改良その他のあらゆる手段により現在の価格(約100円/L)程度に下げられるかどうかに掛っている。

今後の各社の動向に要注目だ。(5月18日経産業新聞他各社サイトより)

5月19日リリーズの最新情報によると
ユーグレナは5社と資本提携しバイオ燃料の開発を急ぐ。
詳細は以下ご参照。
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