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川崎重工業が、オーストラリアに埋蔵された褐炭（かったん）と呼ばれる低品位の石炭から取り出して精製した水素を日本へ運ぶ技術の開発を進めている。液化した水素を貯蔵するタンクと、それを運ぶタンカーの開発が柱で、２０２０年にも実証実験に乗り出す。液化水素を燃料に使う種子島のロケット基地などで培ったノウハウを生かし、水素社会の下支え役を担おうとしている。
「埋蔵量が豊富なうえ、現地で少量が利用されているだけなので安い。これを元に水素を作り、輸送できれば日本にとって大きなプラスになる」
川崎重工の西村元彦・水素チェーン開発センター副センター長は、褐炭の魅力をそう力説する。
褐炭は、低品位なうえに水分量が５０〜６０％と多く、乾燥させると自然発火しやすいので輸送にも適さない。オーストラリアは世界有数の石炭埋蔵国で、そのうち半分を褐炭が占めるにもかかわらず、現地の発電にしか利用されていないという。この褐炭から製造した水素を、需要のある日本まで安全に運べれば、資源確保の問題解決につながる。オーストラリアにとっても、資源輸出の拡大や産業・雇用の創出が期待できる。
略 常温で気体の水素は、そのままだとかさばりすぎて日本に運べない。そこで川崎重工は、セ氏マイナス２５３度に冷やして液化し、体積を約８００分の１に抑えて運ぶことを想定。特殊ステンレス製で二重構造をした専用タンクと、それを搭載するタンカーの開発を進めている。 新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）の補助を受け、２０年に１２５０立方メートルのタンク１基を搭載した運搬船を使って実証を開始。３０年には４万立方メートル×４基に規模を拡大して商用化したい考え。すでに１２５０立方メートルのタンクを播磨工場（兵庫県播磨町）で試作済みだ。プロジェクトの推進にあたっては、Ｊパワー（電源開発）や岩谷産業、シェルジャパンも協力している。 運んだ水素の用途として想定しているのは水素発電だ。 略 これに対し、川崎重工のプロジェクトが実用化すれば、２隻が１年間、オーストラリアとの間を行き来しただけでＦＣＶ３００万台分のエネルギーをまかなえる計算。運搬船が日本の港に接岸するまでのコストは１立方メートルあたり２９．８円と、液化天然ガス（ＬＮＧ）よりは高いものの、太陽光や風力といった再生可能エネルギーを下回るとみられる。 同社はこれまで、安全性向上を中心とした諸課題に取り組む一方、水素を海上輸送するためのルール作りでも積極的な役割を果たしてきた。すでに国土交通省が国際海事機関（ＩＭＯ）にルールを提案して承認されており、実証を進めながら世界標準にしていきたいという。
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期待される科学技術
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慶應義塾大学大学院理工学研究科の小林大眞（こばやしだいま・修士課程 2 年）、理工学部の吉川智英（2017 年 3 月卒業）、能崎幸雄教授、東北大学金属材料研究所の井口亮助教（当時。現物質・材料研究機構研究員）、齊藤英治教授、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構先端基礎研究センターの松尾衛研究員（当時。現 東北大学材料科学高等研究所研究員）、前川禎通センター長らは、銅に音波を注入することによって電子の持つ磁気の流れ「スピン流」を生み出すことに成功しました。本研究で実証された新しいスピン流生成法によって、磁石や貴金属を必要としない省エネルギー磁気デバイスの実現が期待されます。本研究成果は、米国物理学会誌「Physical Review Letters」に、8 月 16 日（現地時間）付けでオンライン掲載されました。また、同誌に掲載された記事の中で特に重要かつ興味深い成果であるとして Editors’ Suggestion（注目論文）にも選ばれました。 １．本研究のポイント
２．研究背景電子は、電気と磁気の 2 つの性質を持ち、磁気の起源は「スピン」と呼ばれる電子の自転運動（ミクロな角運動量※1）です。スピンは、磁場によって方向を制御できることが知られており、ハードディスクドライブのような磁気デバイスでは、素子中の電子のスピンの向きを保ったり反転させたりすることによって情報の読み書きを行います。 今から約 100 年前、室温で強い磁気を持つ物質において、ミクロな角運動量である電子のスピンが力学的な回転運動（マクロな角運動量）と互いに変換可能であることが、アインシュタインとドハース※2、バーネット※3によって実験的に検証されました。これらの効果は、物質を高速回転させるほど大きくなりますが、最先端の高速化移転技術によって実現できる、毎秒 1 万回転程度の回転速度を用いたとしても、磁場に換算すると地磁気の 1500 分の 1 程度の極めて微弱な効果しか得られず、これをデバイス応用する研究はほとんど行われてきませんでした。 これに対し、2013 年に松尾研究員らが室温で磁気を持たない銅やアルミニウムなどの金属でも、マクロな角運動量を与えることにより、金属中に電子のスピンの方向が揃った状態（スピン蓄積状態）を作ることができる理論を発表しました[1]。スピン蓄積は、自転方向の揃った磁気の流れ「スピン流」の源です。スピン流を流す際に発生する熱量は、電流よりもはるかに小さいことが知られており、不揮発性メモリなど省電力デバイスの開発が精力的に進められています。これまでのスピン流生成には、プラチナのような貴金属や磁石が用いられており、銅のようなありふれた安価な金属は不向きとされてきました。松尾研究員らの理論は、物質に回転を与える音波を使うことにより、銅からスピン流を生成できることを予言したものです。しかし、音波によって金属原子に与えられる回転は、空間的に不均一であり、時間的に回転方向が変動するため、音波によって作られるスピン流も同様に空間的に不均一で向きも時間振動します。このように激しく変動するスピン流は検出が難しく、これまで実験的な検証が行われてきませんでした。 ３．研究内容・成果今回、本研究グループは、1 秒間に 10 億回以上の速さで原子が回転するレイリー波※4 と呼ばれる音波を銅に注入することによって、スピンの方向が周期的に変化する「交流スピン流」を生み出し、磁石の磁気量を大きく変化させることに成功しました。図(a)に示すような SAW フィルター素子※5 を作製し、レイリー波を生成するアンテナ 1 と、伝搬したレイリー波を検出するアンテナ 2 の間に銅と磁気を持つニッケル・鉄合金を重ねて貼り付けました。レイリー波が銅に注入されると、銅原子が高速に回転し、ニッケル・鉄合金の方向に流れるスピン流が生成されます（図(b)）。このスピン流は、ニッケル・鉄合金の磁気量を変化させる能力を持ちます。この時、レイリー波のエネルギーの一部は、磁気量の変化に利用されるため、注入されたレイリー波の振幅が小さくなります（図(c)）。本研究グループは、磁場を用いてレイリー波と磁気量の変化の周波数を一致させたとき、レイリー波の振幅が大きく変化する現象を発見しました（図(d)）。この現象は、銅を取り除いたり、銅とニッケル・鉄合金の間にスピン流を通さない酸化シリコンを挟むと、ほとんど消失します。これらは、理論の予言通り、レイリー波が銅に交流スピン流を作ることと、生成された交流スピン流が銅に貼り付けられたニッケル・鉄合金の中の磁気量を激しく変化させることを証明する決定的な実験結果です。さらに、銅を厚くすることにより、磁気量の変化を簡単に増加できることも発見し、本技術がデバイス応用の観点から極めて有望であることがわかりました。 ４．今後の展開今回、交流スピン流の生成に用いた SAW フィルター素子は、スマートフォンなどの携帯情報通信端末に広く搭載されています。本研究で実証された新しいスピン流生成法は、この SAW フィルター素子を用いてスピン流を生成し、携帯端末内で情報記録やデジタル情報処理を行う磁気デバイスの機能動作を省電力に制御できる可能性を提供します。また、従来のスピン流生成法とは異なり、磁石や貴金属を必要としないため、磁気デバイスの高性能化・省電力化だけでなく、安価なレアメタルフリー技術として大きく貢献できます。 ※この研究は、日本学術振興会科学研究費助成事業（科研費）の補助を受けて行われました。
 https://research-er.jp/articles/view/61771 |
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米欧中では過熱する量子コンピュータ投資、見劣りする日本
広田 望＝日経コンピュータ 2017/07/05 米国で量子コンピュータの研究に多額の投資が集まり始めた。量子コンピュータのスタートアップ企業である米リゲッティ・コンピューティングは2017年3月に6400万ドル（約70億円）の資金調達に成功した。 「米国の活発な投資に続けとばかりに、世界中で量子情報分野の研究が加速している」と、スピン量子ビットを使った量子コンピュータを研究する東京大学の樽茶清悟教授は話す。産業応用について不確実性を抱えながらも、世界は投資競争を過熱させている。 欧州で特に資金を獲得しているのが、インテルから出資を受けているオランダの研究グループ「QuTech」だ。同社はオランダ政府からも2015年に10年間で1億3500万ユーロ（約162億円）の研究費を得ている。 このほか英国は2013年に英国工学・物理科学研究会議（EPSRC）に5年間で2億7000万ポンド（約378億円）を量子コンピュータ関連の研究費として出資。欧州連合（EU）欧州委員会の研究プロジェクト「量子情報フラッグシップ」は10年間で10億ユーロ（約1200億円）を量子コンピュータ関連に拠出する。 ダイヤモンド基板を使ったスピン量子ビットを研究する横浜国立大学の小坂英男教授は「最も活発なのは中国だ」と話す。中国は量子情報を国の4大重点科学技術の一つに位置付け、2015年に中国科学院に量子計算実験室を設置している。 日本の研究プロジェクトである内閣府による革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）では、山本喜久プログラム・マネージャーらのグループがレーザーネットワーク型の新型量子コンピュータ「量子人工脳」を開発している。ただし、プロジェクト資金は5年間で30億円ほどで、米欧中と比べ一桁以上少ないのが現状だ。 基礎研究では存在感のある日本だが、実用化に向けた資金面では大差がついた格好だ。小坂教授は「今、乗り出さなければ技術とノウハウで海外に決定的な差をつけられる」と危機感を露わにする。 こうした背景から文部科学省は量子科学技術委員会を発足して新たな量子情報の研究プロ 以下ソース http://itpro.nikkeibp.co.jp/atcl/column/17/062900267/062900002/ 先端技術や宇宙開発、基礎技術などがありますがナゼこんなにも割り当てが少ないのでしょうか。 何に使われているのでしょう。 未来への種子や肥料をないがしろにしても国民を支える実はならないでしょう。 すぐ実になる病やけしからん病が日本の行く末を閉ざしていると思います。 銀行などの金融機関も金持ちに投資はしても種には投資をしないので どんどんやせ細ります。これだと思えるような技術に融資とかしているのでしょうか？ 人や未来に投資や融資をしないとどうなりますかね。 |
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岡山大学の研究グループはこれまでに、カーボンナノチューブによる水素製造が可能であることを明らかにしていた。今回の研究では、カーボンナノチューブの周囲を、サッカーボール状の炭素材料の層とポリマー層で被覆。さらにその周りを電子を輸送しやすい物質TiOxで覆った。すると、カーボンナノチューブ光触媒の活性が3.9倍向上し、可視光（450nm）での水素製造の効率が47％に達することを確認できた。
可視光から水素を製造する光触媒を実用化するには、製造効率30％を超える必要があるとされていた。今回、目安となる30％を大幅に上回る47％という効率を達成できたことから、光触媒を利用したCO2フリー水素製造技術の実用化が期待できるようになったとうたっている。岡山大学は2017年6月23日、吸収した可視光の47％を水素に変換できるカーボンナノチューブ光触媒を開発したと発表した。
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NTTは、トランジスタ内でランダムな方向に動く電子(熱ノイズ)を観測し、一方向に動く電子のみを選り分けて電流を流して電力を発生させる“マクスウェルの悪魔”の実験に成功したと発表した。
マクスウェルの悪魔は、物理学者のジェームズ・クラーク・マクスウェルが思考実験として提案したもので、「個々の電子の動きを観測して、一定の方向に動く電子のみを選び出すことができれば電流を生成できる」とした理論。 通常は、外部電源などを用いずに無秩序な熱ノイズから、電流という秩序性を持った動きを生み出すことは熱力学第二法則から不可能とされており、150年以上議論が続けられてきた。 ただ現在では、マクスウェルの悪魔が電子の動きを観測して、その情報を得るさいにエネルギーが必要であり、これが電流を流す電源としての役割を果たし、熱力学第二法則を満たすということがわかってきた。 これは1bitの情報を得るためには一定の量のエネルギーが必要であり、逆に1bitの情報を持っていることによって最大でその量のエネルギーを生み出せることを意味しており、情報とエネルギーを結びつけた情報熱力学へと発展している。 今回NTTは、ナノスケールのシリコントランジスタからなり、電子1個の精度で操作や検出が行なえる「単電子デバイス」を用いて、熱ノイズから電流を生成することに成功。生成された電流で別のデバイスが駆動することが可能であり、マクスウェルの悪魔の原理を利用した発電が実現できたとしている。 NTTによれば、マクスウェルの悪魔を実現するためには、電子1個の正確な観測が行なえる検出器と、電子を閉じ込めておく箱を正確に開閉できる扉が必要だとしており、同社は電子1つ1つを観測・制御する技術を長年研究してきたという。これらの機能を1つのシリコン単電子デバイスにまとめあげることで、熱運動する電子を選り分けるマクスウェルの悪魔を証明できたとする。 今回得られた知見は、電子デバイスの消費電力の下限や、分子モーターなどの生体中の微少な熱機関におけるエネルギー変換効率と深く関係しているという。分子モーターはマクスウェルの悪魔が活躍しており、熱ノイズのランダムな運動を利用しながら適切なタイミングで動作し、高いエネルギー変換効率を実現していると考えられているという。 今後は電子デバイスにおいても、生体の仕組みを利用した高効率な動作の実現を目指すとしている。 http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1060/103/02.gif http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1060/103/03.gif http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/yajiuma/1060103.html |
