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効率

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1: 2018/10/24(水) 19:22:27.24 ID:CAP_USER
■独自技術でサビ対策塗料の開発を手がけ、注目浴びる

2020〜30年にピークを迎えるとされるインフラの老朽化。メンテナンスの効率化は待ったなしの課題だ。京都マテリアルズのインフラ向け防錆塗料は、サビの被膜でサビを防ぐという独自の技術で注目を浴びている

 バツ印の傷がついた2枚の鋼板。左には水や酸素を遮断する樹脂を用いた通常の防錆塗料、右には京都マテリアルズ(京都市)が開発した「パティーナロック」が塗布してある。2枚の鋼板に同様に計720時間、塩水を噴霧した結果が上の写真だ。

 左の鋼板がぶくぶくと膨れ上がり、塗料の内側からサビがあふれ出ているのに比べ、パティーナロックを塗布したものは傷の奥に少し赤みが見える程度だ。なぜこんな違いが生まれるのか。

 そもそもサビとは、鉄が酸素や水と反応して酸化したものだ。塗料の被膜の傷から水や酸素が入り込むと、サビは内側で増殖し、被膜を破り傷を広げる。鉄の酸化で発生するオキシ水酸化鉄の一部が、正常な鉄を巻き込んでさらに酸化反応を起こすため、まるで細菌のようにサビが加速度的に増えていくのだ。こうして鋼材から鉄原子が剥がれて、インフラの老朽化が進む。

 パティーナロックの開発者で、京都マテリアルズの山下正人社長は「通常の防錆塗料は、10年程度でサビを削り落として塗り替える作業が必要になる」と指摘する。ただし、ボルトの周辺などはサビを完全に除去するのが難しい。その上から塗料を塗り直しても、内側に残ったサビが原因でメンテナンス頻度はどんどん増えてしまう。

■インフラ改修が商機

一方、パティーナロックはサビそのもので被膜をつくる塗料だ。塗料の中に含まれるアルミニウムなどの金属イオンが、内側に発生したサビが連鎖的に酸化を引き起こさないよう安定化させ、水や酸素を遮断する被膜に変えてしまう。「使われる環境にもよるが、半永久的に防錆機能を持続できる可能性がある」と山下社長は強調する。

 鉄は資源量が豊富で強度が高く、加工もリサイクルもしやすい。その特性から「金属の王」とも呼ばれ、社会インフラに欠かすことのできない存在だ。その鉄のほぼ唯一の欠点がさびやすさだ。山下社長は住友金属工業(現新日鉄住金)で耐食鋼材の研究をしていたが、サビの不思議な特性に魅せられ、1997年、姫路工業大学(現兵庫県立大学)に移ってサビの研究に没頭する。

 人工物の天敵のように思われているサビ。しかし鉄は本来、鉄鉱石という酸化された状態で自然界に存在する。つまりサビは、金属という不安定な状態に加工された鉄を、自然に返す現象とも言える。「自然の原理に抗うよりも、味方につけた方がいい」。新たな防錆に着眼した山下社長は、実用化を目指して大学を退職。防錆の共同研究をしてきた専門家らとともに2012年、京都マテリアルズを創業した。

 同じ年の末、山梨県の笹子トンネルで、9人が死亡する天井板崩落事故が発生。インフラの老朽化が注目を浴びる。特に高度経済成長期に急ピッチで建造が進んだ道路や橋などは、2020〜30年に老朽化のピークを迎えるとみられている。国土交通省によると、現状でもインフラのメンテナンスの市場規模は約5兆円。世界の推定市場規模は200兆円に上る。

 社会的な需要は大きい。基礎理論も試作品もそろった。しかし、サビ塗料の受注はなかなか決まらなかった。「学会で基礎データを披露すれば興味を抱く人は多いが、採用してくれる企業が出てこなかった」。技術系ベンチャーが陥りがちな罠に、京都マテリアルズもはまっていた。塗料を何層塗り重ねる必要があるかなど、顧客の状況に応じて施工の方法や費用をはじき出すために必要な、営業用のデータが不足していたからだ。

 そこで「すぐにでも改善策を必要としている顧客にまずは注力した」(山下社長)。離島の送電設備など、インフラが不安定で、かつ海水や風による影響で腐食の進みやすい施設に営業リソースを集中。徐々に電力会社などから試験施工を獲得していった。

続きはソースで

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引用元: 【塗料】サビの被膜でサビを撃退、京都マテリアルズ[10/24]

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1: 2018/10/12(金) 01:04:02.63 ID:CAP_USER
■安くて薄い、次世代電池の本命

日本で生まれた次世代技術、「ペロブスカイト型太陽電池」の実用化が迫ってきた。安価に製造でき、薄くて曲げられるため、クルマの側面やドーム球場の屋根などにも使える。発電効率は現在主流のシリコン型に追い付きつつあるが、大型化と耐久性が課題だ。

 見た目はまるで「黒いクリアファイル」。薄くて軽く、手でぐにゃりと曲げることもできる。だがよく見ると、電気を通すための金属線が横に走っている。下の写真は東芝と新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)が今年6月に発表した新種の太陽電池。材料の結晶構造の名称から「ペロブスカイト型」と呼ばれている。日本発の次世代太陽電池の大本命で、ノーベル賞の有力候補と目されている。

 「低コストで簡単に作れるのに、用途は幅広い。革新的な太陽電池だ」。こう胸を張るのは、2009年に論文を公開し、この分野の第一人者として知られる桐蔭横浜大学の宮坂力・特任教授だ。かつては発電効率などに課題があったが、潜在力に着目した世界中の大学や企業が開発競争を繰り広げたことで、性能が急速に向上。実用化まであと一歩の段階まで迫ってきた。

ペロブスカイト型が「革新的」とされるのには、大きく4つの理由がある。

 1つ目は、「低コスト」で製造できる点だ。ペロブスカイトとは複数の元素によってつくられる結晶構造のこと。太陽電池用には鉛やヨウ素などが使われるのが一般的だ。このペロブスカイトを液体に溶かして、軟らかいフィルムなどの基板に塗布する。十分に乾燥させ、電極などを配置して完成だ。

 現在主流のシリコン型では、製造工程で真空状態をつくったり、約1400度で熱したりする必要がある。一方でペロブスカイト型は、基板に材料を塗るだけなので、大がかりな装置を使わずに済む。ありふれた物質を使うため、調達コストも安い。材料と製造設備を含めてシリコン型の半分以下のコストで製造できると試算されている。

 2つ目は、「薄くて曲げられる」こと。

 シリコン型は硬くて重いため、広くて平坦な土地や、耐荷重性の高い建物の屋上などに設置場所が限られる。

 対照的に、薄くて軽いペロブスカイト型の用途は幅広い。

続きはソースで

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引用元: 【材料工学】実用化迫る新技術「ペロブスカイト型太陽電池」[10/11]

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1: 2018/09/28(金) 10:48:15.61 ID:CAP_USER
東京工業大学(東工大)は、ペロブスカイトに類似した構造を持つ物質「Cs3Cu2I5」が青色発光し、その量子効率が90%以上あることを見出したと発表した。

同成果は、同大 科学技術創成研究院の細野秀雄 教授と元素戦略研究センターの金正煥 助教らによるもの。詳細は、独科学誌「Advanced Materials」に速報としてオンライン版に2018年9月14日付で公開された。

電子と正孔を電極から注入して発光層で再結合させて光らせるLEDは、照明だけでなくディスプレイ用途でも急速に実用化が始まっている。これらは発光層に有機分子を用いているが、その材料自体の寿命や、水や酸素との反応による発光特性の劣化が問題となっている。この問題を解決するために、半導体量子ドットやペロブスカイト系の発光材料の研究が世界的に活性化しつつある。

続きはソースで

■アはCs3Cu2I5の結晶構造(緑がCs、青がCu、紫がI)、イは伝導帯下端、ウは価電子帯上端の電荷密度
https://news.mynavi.jp/article/20180925-696131/images/001.jpg

■アは、Cs3Cu2I5単結晶の発光している試料写真。イは高分解能電子顕微鏡による原子配列像、ウは溶液法で作製された薄膜の発光(PL)および励起(PL)Eスペクトル
https://news.mynavi.jp/article/20180925-696131/images/002.jpg

■左上は開発した物質と黄色発光体を混合して作製された白色フィルム、右上は混合比に伴う色度の変化、左下は白色フィルムのPLスペクトル、右下はCs3Cu2I5を発光層に用いた青色発光ダイオード
https://news.mynavi.jp/article/20180925-696131/images/003.jpg

https://news.mynavi.jp/article/20180925-696131/
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引用元: 【物性物理学】東工大、有害元素フリーの高効率青色発光体を開発[09/25]

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1: 2018/09/04(火) 13:42:25.45 ID:CAP_USER
 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と人工光合成化学プロセス技術研究組合(ARPChem)は、東京大学とともに、太陽電池材料として知られるCIGSをベースとした光触媒で、非単結晶光触媒の中で水素生成エネルギー変換効率(光触媒の水素生成能力を表す性能指数)12.5%を達成したと発表した。

 NEDOは、環境に優しいモノづくりを実現するために、太陽光のエネルギーで水から生成した水素と、工場などから排出されるCO2を合成して、プラスチック原料などの基幹化学品(C2~C4オレフィン)製造プロセスを実現するための基盤技術開発に取り組んでいる。太陽光は光触媒を活用することでエネルギー源として有効に活用することが可能であり、そのため、光触媒のエネルギー変換効率の向上が重要な課題になる。

 今回、NEDOとARPChemは、東京大学とともに、太陽電池材料として知られるCu(In,Ga)Se2(略称CIGS)をベースに、太陽光のスペクトル強度がピークとなる可視光領域(波長400n~800nm)の光を吸収する光触媒材料を開発した。

 光触媒は、太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する機能性材料。太陽光の強度のピークは主に可視光領域(400~800nm)にあるため、この波長域の光を吸収する光触媒ができれば、効率よく太陽光のエネルギーを利用できる。しかし、従来の光触媒は、吸収波長が主として紫外光領域(~400nm)に限られるものが多く、可視光から赤外光領域にかけての光を利用できるように、光触媒の吸収波長を長波長化することが課題の一つだった。

 このため、同プロジェクトでは従来よりも長波長の光を吸収する光触媒材料の一つとして、カルコゲナイド系材料(硫化物、セレン化物、テルル化物などの化合物)の開発を進めてきた。中でもCu(In1-x,Ga x)Se2(CIGS)は赤外領域までの太陽光(xの組成比により750~1230nmまで変化)を利用できるという特徴を持ち、既に太陽電池材料としてメートルスケールの製造技術が確立されている。

 このCIGSはp型半導体であり、その表面にn型半導体を成膜しpn接合を構成することで、光照射によりCIGS固体内で生成した電子と正孔を効率的に分離し、再結合を抑制させることで高い量子効率を得られることが知られていた。今回の研究ではこれらの知見を参考にした上で、二つの工夫により、CIGS中で光照射により生じた電子を用いて、水から高効率で水素を生成させることに成功した。

 工夫の一つは、新規組成のCIGSの開発にある。これにより、高負荷条件ではCIGSとn型半導体の間の障壁が原因で電子が注入されにくくなり、結果的に効率が顕著に低下してしまうという課題をクリアした。もう一つは、大電流密度で水分解反応を進行すると、液相側の電気抵抗をはじめとした効率低下要因が顕在化することを生かした点だ。電解液の成分などを最適化することにより、効率的に水素が得られるようになった。

続きはソースで

■CIGSをベースとした水素生成光触媒の外観(約5cm角)
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1809/03/rk_180903_nedo01.jpg
■最適組成の電解液中における、開発した水素生成光触媒の電流電位曲線(左)と水素生成エネルギー変換効率(右)
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1809/03/rk_180903_nedo02.jpg
■左は開発した水素生成光触媒と酸素生成光触媒を用いた2段型セル(タンデム配置)の模式図、右は2段型セルに疑似太陽光を照射した時の太陽光エネルギー変換効率
http://image.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1809/03/rk_180903_nedo03.jpg

http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1809/03/news023.html
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引用元: 【光触媒】「人工光合成」実現を後押し、世界最高の水素変換効率12.5%を達成[09/03]

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1: 2018/08/28(火) 16:23:36.17 ID:CAP_USER
産業技術総合研究所の富永健一研究チーム長らは宇部興産と共同で、木粉から化学品原料を効率的に作る技術を開発した。
化学反応を促す触媒を使い、幹や枝などに含まれる木質繊維をレブリン酸と呼ぶ物質に変える。
1回の工程で合成でき、触媒も安価なアルミニウムなどを使う。間伐材を粉砕した木粉や古紙などから化学品原料を作る用途を想定する。

続きはソースで

日本経済新聞
https://www.nikkei.com/article/DGKKZO34584800U8A820C1TJM000/
ダウンロード (4)


引用元: 【化学】木粉から化学品原料 産総研、宇部興産と共同、安価な触媒で実用化へ[08/27]

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1: 2018/08/23(木) 10:16:16.47 ID:CAP_USER
電力エネルギーは電線などの配電設備によって、各家庭に送られていますが、電力需要が高まると電力が供給できなくなるリスクがあります。そこで、日本などの多くの国では揚水式水力発電で高所と低所に貯水池(ダム)を作り、電力需要の多い時に高所から低所へ水を流して電力を発電し、需要が少ないタイミングで低所から高所に水を引き上げて、電力需要の高い時に備えてエネルギー貯蔵を行っています。しかし、揚水式水力発電を実現するには地形による制限があり、建設コストも高くなってしまうもの。スイスのスタートアップEnergy Vaultはこのような制限を回避する「コンクリートバッテリー」を開発しました。

Swiss startup Energy Vault is stacking concrete blocks to store energy — Quartz
https://qz.com/1355672/stacking-concrete-blocks-is-a-surprisingly-efficient-way-to-store-energy/

Energy Vaultのコンクリートバッテリーの仕組みは水とダムを使用する代わりに、コンクリートブロックとクレーンを使用するというものです。コンクリートバッテリーは、揚水式水力発電で行っていた水のくみ上げの代わりにコンクリートブロックを高く積み上げていき、電力需要が一定を超えたときに積み上げられたコンクリートブロックをクレーンで順番に地面に下ろしていきます。このブロックを地面に下ろすタイミングでケーブルに発生する落下エネルギーが電力として供給されることになります。


Energy Vaultのコンクリートバッテリーは電力効率の高さが特徴です。2018年時点でエネルギー効率の高いものの代表格としてリチウムイオン電池が挙げられており、その効率は充電量の90%の電力が生成可能であるとされています。コンクリートバッテリーはブロックの持ち上げに必要な電力に対して、地面に下ろすときに生成する電力は約85%となっており、リチウムイオン電池とほぼ同等のエネルギー効率を有しています。

記事作成時点でEnergy Vaultがデモ用に構築したコンクリートバッテリーは高さ20m、コンクリートブロックを持ち上げるクレーンは1台と、非常に小さな施設となっていて、あまり大きな電力を生み出すことはできません。

続きはソースで

■動画
Storing energy in concrete blocks https://youtu.be/mmrwdTGZxGk



https://i.gzn.jp/img/2018/08/21/concrete-battery-swiss-startup/00_m.jpg
https://i.gzn.jp/img/2018/08/21/concrete-battery-swiss-startup/01_m.jpg

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20180821-concrete-battery-swiss-startup/
images


引用元: 【エネルギー技術】水力発電よりも低コストで実現できる「コンクリートバッテリー」とは?[08/21]

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