川田研究室　東北大学大学院環境科学研究科/東北大学工学部　Kawada lab., Tohoku University

研究内容

気候変動枠組条約第21回締約国会議（COP21）では、我が国も2030年までに26％(2013年比)の大きな温室効果ガスの排出削減目標が設定されました。加えて、東日本大震災以降、我が国のエネルギーシステムをどう再構築するか議論が進められており、経済的負担や環境負荷が小さい、安全で安定供給可能なエネルギー供給のあり方の検討が続いています。当研究分野ではこれらの目標達成に必要とされる、エネルギー高効率利用に不可欠なエネルギー変換貯蔵技術、および地球環境保全に必要な環境技術の基盤構築を目指しています。

Energy & Environment

現在の生活は地球環境に多くの負荷をかけることで成り立っています。我々の研究室では未来に向けて、豊かな自然と共生する社会に必要なテクノロジーの開発に取り組んでいます。例えば近年問題となっている温室効果ガス排出量削減にあたっては、太陽光、風力などの再生可能な自然エネルギーの有効利用は欠かせませんが、時間、季節による変動が大きいため、ベースロードを担うことは難しいと考えられています。自然エネルギーを最大限有効に利用するために、エネルギー変換貯蔵技術を最適に組み合わせて、低環境負荷で、安定な新しいエネルギーシステムのあり方を提案することを目指しています。

Solid oxide fuel cells (SOFC)

固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）は，セラミックスを使った，高温（600˚C〜1000˚C）で動作する燃料電池です。大規模発電用から家庭用，移動体用まで，様々な分野での実用化が期待されています。 SOFC はその中心部がセラミックス材料で構成されているため，機械的な破損が心配されます。しかし運転条件での応力や歪みの発生は非常に複雑で，これまで精密な解析が行われてきませんでした。またSOFCの幅広い普及には更なる高性能化と低コスト化が必要となります。当研究室では，国のプロジェクト研究として学内の複数の研究室と有機的に連携し，材料力学と物理化学を融合した解析の基盤整備を進めています。

Solid oxide electrolysis cells (SOEC)

水素は次世代の重要なエネルギー媒体として注目されており，自然エネルギーの利用，あるいはCO2固定と組み合わせた石炭の利用などで製造することが考えられていますが，現状では，石油や天然ガスを原料とする改質反応が主流です。水素エネルギー社会構築のために，再生可能エネルギーからの高効率な水素製造方法として高温水蒸気電解（SOEC)で利用する手法の開発に取り組んでいます。

Solid State Ionics

固体の中を，まるで水溶液のようにイオンが伝導する材料があります。これらを扱う研究は，化学と物理の境界領域として『固体イオニクス』という分野で行われています。燃料電池をはじめ，二次電池，化学センサ，選択透過膜，触媒などの基本動作原理を理解し，新たな材料開発などに展開するには，この固体イオニクスという学問について深く知る必要があります。当研究室では，技術の出口を見据えながら、固体イオニクスに関わる研究の最先端領域を開拓していくことを目指しています。