⼈と知と物質で未来を創る クロスオーバーアライアンス

石炭の反応系からバイオマスの研究に、熱分解の研究を極める。

地球温暖化を抑制するためのエネルギー問題は今や世界の共通の課題である。「気温上昇を産業革命前に比べ2℃より十分低く、1.5℃に抑えることをめざす」とするパリ協定の目標を実現することは、科学技術、特に世界中の研究者に課せられた課題とも言える。この課題に化学工学の知見からバイオマスによる解決を目指すの若手研究者の一人が、九州大学先導物質化学研究所・先端素子部門・ミクロプロセス制御分野の工藤真二准教授である。

工藤准教授は京都大学工学部工業化学科にてポリマー微粒子の合成に関する研究に取り組んだのち、同大学大学院工学研究科化学工学専攻で前一廣教授の元、博士課程まで進学し、博士（工学）を取得した。大学院ではマイクロリアクターを用いた気体-固体触媒反応、水蒸気改質反応用固体触媒の研究に取り組んだ
「博士課程まで進もうと思ったきっかけは、大学院生時代です。当時、触媒に関して様々な論文を読みながら独学で研究していたんですね。その時、金の触媒で一酸化炭素の酸化反応が室温で進むことを見つけたんです。これはかつて春田正毅先生が見つけたノーベル賞級の発見なのですが、そのような前知識も全くなく自分で見つけることができたんですね。もう少し早く生まれていたら私が大きな賞を受賞したかもしれない（笑）。そういった経験や恩師の先生方の豊かな発想力に感激したことが研究に対する面白さに魅かれたきっかけです。」
「研究としては、一貫して、化学工学分野における反応設計の研究が中心で、特に学生時代にはマイクロリアクターという、微小な空間を反応場として用いる反応装置の研究に取り組んできました。その過程で触媒の研究にも取り組んできましたが、常に装置設計開発が研究の根幹となり、現在にまで至っています。」

工藤准教授は2010年に博士の学位を取得後、同年に九州大学炭素資源国際教育研究センター・林研究室に助教として着任した。その後、現在の九州大学先導物質化学研究所の助教として研究を継続したのち、2018年に准教授に昇進した。
「私を受け入れてくださった林潤一郎教授からは、「好きなことをやっていいよ」と私の自主性を非常に重視してくださいました。当時の林研究室では、主に石炭の研究を推進していたので、私も熱化学・反応工学的なアプローチで取り組める炭素科学、特にバイオマス原料を基にした研究に取り組んでみようと考えました。ちょうどその後からSDGs等が大きな話題となり、タイムリーなテーマを偶然にでも選べてよかったなと思っています。」

バイオマスが広く使われる社会を目指し、SDGsに貢献する研究を。

工藤准教授はいま、木質資源・特に廃材や農産廃棄物を利用したバイオマスや、CO2を有用化合物へ変換する手法の研究開発に取り組んでいる。やはり、ここでのコアは熱化学・反応工学の知見と経験である。その知力を活かし、思った通りの反応や生成物が得られたとき、研究者としてこの上ない喜びを得られる、と工藤准教授は言う。

「熱分解は石炭やバイオマスの熱化学変換（ガス化や燃焼）における重要な初期反応であるのみならず、それらを原料とする化学品製造手段のひとつでもあります。極めて複雑な反応ですが、実験事実に基づく熱分解の理解に関しては、私はそうそう負けない自信があります。
その知識に基づき新たな反応系の提案を続けています。バイオマスから化学品を作る過程においては、これまで経験してきた反応器の設計や触媒など反応工学的アプローチが役に立っています。」

「研究を進めていて、“面白い！”と思える時は、例えばバイオマスから転換させて出来た物質を分析するとき、特にガスクロマトグラフィーで鋭いピークが観測された時ですね。求めるものが選択的にできたことがわかります。研究者なので、何か望みのものができた時や思わぬ発見ができた時、研究者の道に進んでよかった、と思いますね。
また、扱う素材についても、それまでバイオマスを単に木だとか廃棄物だとかとしてしか見ていなかったのが、目的に応じて適切な処理をすれば有用な物質に選択的に変換できることに魅力と将来を感じたのが現在に至っても研究のモチベーションになっています。」

「将来はバイオマスやCO2を石炭や石油のように使う時代が到来することを信じて今の研究に邁進しています。そして、他国に資源を依存しない日本の社会が出来上がれば嬉しいですね。」

枠にとらわれずに新たな研究の交流を広げたい。

工藤准教授の研究テーマは、基礎科学というより応用科学のジャンルに相当するため、幅広い業種の企業との共同研究が非常に多いという。石炭化の材料を扱うという点からは製鉄産業、化学品製造技術という点からは化学素材産業、また反応工学という点からはプラントエンジニアリング産業など、これまで様々な企業とのコラボレーションや、企業との連名による国家プロジェクトにも参画してきた。一方で、基礎科学のアプローチが弱いと実感しており、そのような研究者とのコラボレーションも模索したいと、考えている。

「2010年に九州大学に着任後はアライアンス活動にも定期的に参加してきました。ただ、残念ながら近い分野の研究者がこの枠内にはあまりおらず、共同研究にまで発展することは稀でしたね。」
「バイオマスを選択的に小分子にまで分解するのですが、生成した分子の一部は、有機合成の研究者が見ると結構面白いらしいです。分子構造の色々な所に官能基を修飾できる場所があるようで、色々なものが出来そうだ、とアドバイスいただいたこともあります。ただ、私は有機合成に関しては全くの素人だったので、その分野の研究者とバイオポリマーの研究を始めているところです。このようなつながりをアライアンス枠内でも見つけていきたいですね。ちょうど昨年度からの新たなアライアンス活動では若手研究者が出会う機会がより一層増える施策を始めたとのことなので、今後の活動に期待していますし、私も一層積極的に参加してゆきたいと思っています。」

人との交流、という点では、学生への指導、学会への参加、NEDO先導研究等への参画を通じて、同分野の研究コミュニティはこれまでも広げてきた。一方で、バイオマスは生物化学などの領域でもあり、今度は異分野交流を通じた新たな研究分野の開拓が必要になってくる、と工藤准教授は考えている。
「研究を通じた学生の指導にはとてもやりがいを感じています。一方で、私自身も学生と同様、異なる領域の研究者からの指導、アドバイスを今からでも積極的に受けたいなと思っています。今後は少し視点を変えて、私の研究分野から遠いと思われる拠点、アライアンスに在籍する先生方とも積極的に議論し、思わぬ接点を見つけることができればこれまでにない新たな研究テーマが見つかるかもしれませんし、私のこれまでの知見を有効に利用した共同研究ができればと思います。また逆に、真理を追究するような研究者と我々の得意とするプロセスの構築のような研究者とが、お互いの能力を利用してよりよい成果を出せるような異分野交流型共同研究をしたいですし、一部は始められていると思っています。」

新たなコークスを作る。

「石炭に関する研究は今のSDGsが叫ばれている時代ではあまり受け入れられにくい研究かもしれません。石炭＝悪、というイメージがついていますしね。しかし、褐炭など低品位な炭素資源は地球上に多く存在しており、これらをうまく使う事も場合によっては地球環境を守ることに繋がるかもしれません。また、バイオマスを高温高圧力で炭化する研究も進めており、このような材料は今のコークス製鉄や石炭火力発電の分野でもカーボンニュートラルにつなげることができる可能性がある。このような研究は世界中でもあまり無いのではないでしょうか。また、このような炭化物材料は極めて強度が高いことがわかってきています。よく調べてみると炭素粒子同士が接触界面において原子レベルで繋がっているんです。構造材料などにも使うと面白いかもしれません。用途開拓もできる研究コラボレーションも進めていきたいですね。」

工藤准教授はバイオマス研究を通じて自然物の面白さに興味を惹かれ、また企業との共同研究を通じて広く世の中の役に立つような研究や社会活動に取り組んでみたいと、夢が大きく膨らみつつある。
「バイオマスの原料も木材だけでなく雑草やもみ殻など、色々なものから有用な化合物を取り出せます。世の中にあるすべての自然物を資源にできる、そんな社会を生み出せる研究者になりたいと思っています。勇気と良いネタがあればベンチャーあるいはスタートアップを立ち上げるようなこともしてみたいです。」