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2021/06/17

【工学部】豊かな生活を支える“縁の下の力持ち”――触媒の新たな可能性を追究

工学部 応用化学科/荻原研究室

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  • 【工学部】豊かな生活を支える“縁の下の力持ち”――触媒の新たな可能性を追究

今回は、工学部応用化学科「黒川・荻原研究室」の荻原仁志准教授の研究を紹介。省エネルギーや資源有効利用など、持続可能な社会の構築を目指して取り組む触媒の研究とは、一体どのようなものなのでしょうか?

天然ガスを石油の代わりに活用する触媒で持続可能な社会を実現?

私たちの研究室の専門は「触媒化学」という化学の一分野で、触媒に関する研究を行っています。

触媒というのは、化学反応を促進させる物質。あまり目立つ存在ではないかもしれませんが、実は私たちの身の回りの様々なところで使用されています。

例えば、生活に欠かせないプラスチック製品は、石油から作られますが、その工程には触媒が必要不可欠。複雑な構造をした化合物である石油を分解、精製して、プラスチック製品などを作る工程で触媒が使われているのです。その他、ガソリンの精製など、様々なシーンで触媒が利用されています。

つまり、石油だけあっても、私たちの暮らしに役立つものは作れないということ。触媒があって初めて役に立つものに変換できるのです。

そんな触媒について、私たちの研究室で注力しているのが、石油の代わりに天然ガスを活用するための触媒の研究。昨今、環境に優しい社会の実現が求められています。また、枯渇が心配される石油に依存しない社会の確立も解決すべき課題。この研究の成果は、これらの課題に対する解決策につながることが期待できるものです。

現在、天然ガスはほとんど燃料として使われるだけで、資源として有効に使われているとはいえません。石油のようにプラスチックや医薬品などに転換されていないからです。私たちの研究では、そんな天然ガスをプラスチックの原料となる化合物――エチレンとかベンゼンなどに変換させる触媒を作ろうとしています。

研究では触媒の合成も行いますが、その際に求められるのがナノテクノロジーの活用。なぜなら、化学反応とは分子が変化することですが、その分子の大きさがnm(ナノメートル)より小さいから――。触媒が分子を効率よくキャッチして活性化させるには、ナノテクノロジーを駆使した材料合成が必要不可欠です。

工夫やアイデアで新たな現象を見出す喜び

また、天然ガスを石油の代替として活用するための触媒の研究と並行して進めているのが、電力を使った化学反応の研究です。

化学工業の製造工程では、材料となる物質を次の物質に転換する際、熱エネルギーを使って化学反応を起こしています。その際に必要な熱エネルギーは化石資源を燃やして作っていますが、これも脱炭素社会を実現する観点でいうと好ましくありません。

そこで、熱ではなく電力をエネルギーに使って化学反応を起こす触媒の開発や装置・プロセスの設計など、総合的な研究を進めています。

触媒化学の面白さは、誰も見たことのない化学反応を目の当たりにできるところに尽きるでしょうか? ナノテクノロジーを使って新たな触媒を作ったり、既存の触媒の未知の化学反応を発見したり、自分の工夫やアイデアで新たな現象を見出した時の喜びはやはり大きいですね。

一方、初めにどのようなテーマを設定するかは、いつも頭を悩ませるところです。あまりにも実現が難しそうなテーマに絞っても、成果につながらなければ意味がありません。かといって、ありきたりなテーマを設定しても、興味がそそられません。

結局、研究はスタートが悪ければどんなに苦労しても、面白い結果につながらないと考えています。ですので、人とは少し違う視点をもちながら、楽しみながら研究を続けられるようなテーマを選ぶことを大切にしています。

恐らく、私たちの研究成果は、すぐに社会実装できるものではありません。ただ、社会が直面する課題解決に何かしらのインパクトを与えることは確か。ですので、これまでなかったような化学反応や概念をうまく提案して、将来、世の中の役に立てばよいと考えながら、研究に勤しんでいます。

荻原 仁志

荻原准教授より受験生へMessage

実験や研究に自律的に取り組むことが成長を促す

触媒化学の実験では、化学反応させ、解析し、きちんと反応が進んだか――というプロセスを手で行います。また必要に応じて装置を手作りすることも。学生にとっては、実験に関する一連のプロセスを経験しながら学ぶことができることが、この研究室で研究に携わる魅力だと思います。
 普段の指導では、学生に対して、できるだけあれこれ指示を出さないように心がけています。また、学生の声に耳を傾け、アイデアを取り入れることも珍しくありません。それは自分の研究だという意識をもって、研究や実験を楽しんで欲しいから。研究に自律的に取り組めば、自ずと成長につながると考えているからです。
 実験以外では、日本語できちんとした文章が書けるようになることとプレゼンテーション能力の習得を重視した指導を行っています。このようなスキルは、将来、どのような職業についても必ず役に立つものなので、ぜひしっかり身に付けて卒業して欲しいですね。

世界標準の研究を実現する、埼玉大学の恵まれた研究環境

「化学反応」という現象に触れることは、化学の最もベーシックな楽しさの一つだと思います。触媒化学は、そんな化学反応を探求する研究分野なので、化学が好きな学生にはぜひチャレンジして欲しいですね。
 そして、若さゆえのチャレンジ精神で、臆することなく研究を楽しんでもらえればと思います。また、勉強ばかりでなく、様々なことに興味をもってください。知的な好奇心を養って、様々なことにアンテナを張ることが、研究に役立つことが少なくありませんので。
 埼玉大学の科学分析支援センターには、高価で先進的な装置が揃っていますので、私たちが目指している世界標準の研究をする上で不足はありません。他の大学と比べても、研究環境面において見劣りすることはないと思います。
 学生にとっても、そのような環境下で最先端の研究に携われるのはよい経験になるのではないでしょうか? また都内に比べると、周辺が、勉強や研究に集中できる環境なのも埼玉大学で学ぶ学生にとっては大きなメリットだと考えています。

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