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次世代新幹線の客室床板に適用して性能試験を実施!難燃性マグネシウム合金の実用化で高速鉄道車両の軽量化&省エネルギー化へ。

昨今、カーボンニュートラルの観点から、二酸化炭素を原料とした合成燃料(e‐fuel)やバイオマス燃料を用いたエンジンが期待を集めています。しかし、これらの燃料を用いても、排ガス中に酸性雨や窒素循環の乱れ等の原因となる有害な窒素酸化物が含まれることが問題でした。特に、バスやトラックに使用されるディーゼルエンジンは窒素酸化物を多く排出するため、それを低減する対策が急務となっています。また、エンジンの燃費が向上すれば窒素酸化物の排出が増えるというジレンマがあり、将来的にさらに高い排ガス処理技術が求められることは必至です。

排ガスに含まれる窒素酸化物を無害な窒素に分解する触媒として、小細孔ゼオライトが注目されています。しかし、自動車用排ガス触媒は、新車から廃車まで長期間にわたって使われるため、その耐久性が課題となっていました。

こうした背景の下、NEDOのムーンショット型研究開発事業において、国立大学法人 東京大学の研究グループが小細孔ゼオライトの新たな組成チューニング法の開発に取り組みました。従来の小細孔ゼオライトは、孔が小さいため物質が出入りしにくく、無理に組成チューニングを行うとゼオライトの骨格構造が崩壊してしまうという課題がありました。今回の研究では、細孔を拡大させながら物質を移動させることで、構造の崩壊を防ぐ新しい手法を開発。組成を改善した新たなゼオライトは、優れた耐久性を実現しました。

今回の成果は、自動車用排ガス触媒への応用の他、窒素酸化物に関わる環境問題の解決や、他の材料への展開にも活用が期待できます。NEDOは、東京大学と共に、本事業の成果を生かした適用先を開拓し、社会実装を目指します。

MOONSHOT

挑戦的な研究開発(ムーンショット)を推進し、日本発の破壊的イノベーションを創出するために、内閣府の総合科学技術・イノベーション会議(CSTI)において創設されたのが「ムーンショット型研究開発制度」です。
NEDOは、CSTIが決定したムーンショット目標と、経済産業省が策定した研究開発構想を踏まえ、ムーンショット目標4「2050年までに、地球環境再生に向けた持続可能な資源循環を実現」の達成に向けた研究開発に取り組んでいます。

小細孔ゼオライト組成チューニング法のスキーム

ゼオライトの細孔内に有機物が残った状態でアルミニウム(Al)を除去し、欠陥修復処理技術を組み合わせることで、骨格構造を保った高耐久ゼオライトを実現。

触媒試験結果

Alを除去後、構造欠陥を修復したゼオライトは、800℃のスチームで7時間処理した後も高い活性と水熱安定性を示した。

細孔拡大移動プロセスのメカニズム

ゼオライトから脱離した骨格外Alは、サイズが大きく、そのままではゼオライトの小さな細孔を通過できないが、細孔が部分的に切れ(開裂)、細孔径が広がることで骨格外Alが通過できる。

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