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エネルギー・環境領域のタイトル画像

エネルギー・環境問題の解決を目指して

世界的規模で拡大しているエネルギー・環境問題の解決に向けたグリーン・イノベーションの推進のため、温室効果ガスの排出量削減を実現する再生可能エネルギーなどの新エネルギーの導入を促進する技術（創エネルギー）、エネルギーを高密度で貯蔵する技術（蓄エネルギー）、エネルギーを効率的に変換・利用する技術（省エネルギー）、エネルギー資源を有効利用する技術、環境リスクを評価・低減する技術の開発を進めています。

エネルギー・環境領域の研究開発（持続可能な社会：Zero-Emission Societyの夢として、低炭素社会や産業・環境共生社会に向けて創エネ、蓄エネ、省エネ、物質循環、産業技術リスク低減技術の開発に取り組む）

本領域に関する研究情報

重要戦略詳細

新エネルギーの導入を促進する技術の開発

東日本大震災以降、日本のエネルギー政策は大きな転換を求められており、新エネルギーとしての再生可 能エネルギーへの期待が高まっています。産総研では、再生可能エネルギーの大量導入時代に向けて、エネルギー変換効率の飛躍的向上に向けた新しい原理や構造に基づく太陽電池の研究開発、太陽光発電における発電コスト低減と信頼性向上、風力発電の発電量向上と長寿命化、地熱の適正な利用を目指した技術などの開発を行うとともに、再生可能エネルギーの有効利用に必須のエネルギーネットワークなどにも取り組んでいます。

太陽光発電パネルの写真

太陽光発電パネル

エネルギーを高密度で貯蔵する技術の開発

エネルギーの需要と供給の時間的・ 場所的な不一致を解消するため、高効率なエネルギー貯蔵技術が必要とされています。産総研では、再生可 能エネルギーなどを効率よく水素などの化学エネルギーに変換して貯蔵・利用する技術を開発するとともに、日々の生活を支えるための利便性、安全性、環境性、安定供給性を考慮したエネルギーシステムの実現を目指し、車載用、住宅用、産業用の蓄電池（二次電池）に関する、材料基礎からシステム化まで一貫した研究を進めています。

水素吸蔵合金の写真

水素吸蔵合金

エネルギーを効率的に変換・利用する技術の開発

世界的規模で急速に増大するエネルギー消費に対して、省エネルギーの推進は重要な課題です。産総研では、電力エネルギー利用の高度化・高効率化に半導体エレクトロニクスを活用するため、SiC、GaN やダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体材料を用いて、これらの結晶・ウェハ技術から、パワー半導体デバイスや電力変換機器に至るまでの幅広い技術階層を、一貫して研究開発しています。また、熱エネルギーの有効利用技術として、発電と同時に熱の有効利用が可能な燃料電池、未利用の廃熱から電気エネルギーを回収できる熱電変換などの高性能化・耐久性の向上、より高効率なエンジンの実現に向けた技術開発などにも取り組んでいます。

SiC を用いた電力変換機器の画像

SiC を用いた電力変換機器

エネルギー資源を有効利用する技術の開発

エネルギー資源の少ないわが国において、新たな資源開発とその利用によりエネルギーセキュリティを確保することが必要です。産総研では、非在来型資源としてのメタンハイドレートなどのエネルギー資源の有効利用にかかわる技術を開発しています。メタンハイドレート資源開発においては、長期的な安定生産技術、生産増進技術の開発や地層挙動の評価など、早期の商業化実現に向けた技術整備に取り組んでいます。また、褐炭などの低品位炭や非在来型資源から水素などのクリーンな燃料を高効率に製造する技術など、未利用エネルギー資源の環境調和型利用技術の開発も行い、新たなエネルギー産業の創出に貢献します。

メタンハイドレート海洋産出試験の様子の画像

メタンハイドレート海洋産出試験の様子

環境リスクを評価・低減する技術の開発

産業と環境が共生する持続可能な社会の実現に向けて、新しい技術やシステムが社会に及ぼす影響を評価し、リスクを低減するための技術開発を行います。具体的には、環境の変化をいち早く検出するための環境分析・センシング技術の開発、環境リスクやその社会影響を評価するためのリスク評価手法の開発、環境負荷を低減するための資源リサイクル技術や環境浄化技術の開発を行います。また、産業事故の防止や万一の事故の際の被害低減のための産業保安技術やシステムを開発します。

レアメタルを高純度に回収する複管式気流選別機の画像

レアメタルを高純度に回収する複管式気流選別機


最近の研究成果

世界初、深海底に眠る塊状のメタンハイドレートの強さや硬さを測定

日本海上越沖で掘削採取された、塊状のメタンハイドレート（水分子とメタン分子からなる氷状の固体物質）の強さ（強度）や硬さ（剛性）を測定することに、世界で初めて成功した。メタンハイドレートは、低温高圧下では安定しているが、常温大気圧下ではメタンガスと水に分解してしまうため、天然のメタンハイドレートの強度や剛性を測定するのは極めて困難であった。産総研では、深海底の水圧を保持したまま採取されたメタンハイドレートの物性を評価する装置の開発を進めており、今回、産総研と明治大学が協力して採取した表層型メタンハイドレートの強度や剛性を測定する実験に成功した。深海底の泥の中に塊状で存在する表層型メタンハイドレートが、どのくらいの硬さで、また力学的にどのように安定しているのか、これまで明らかになっていない。メタンハイドレートの強度や剛性は、表層型メタンハイドレートの具体的な回収技術(砕く、壊す、集めるなど)の検討や、メタンハイドレート開発時の海底地盤の力学的安定性を評価する上で重要な物性である。今回の研究成果は、深海底の資源開発及び環境評価へ重要な役割を果たすことが期待される。

概要図

表層型メタンハイドレートの概念図（左）と圧縮試験の様子（右）

単一NVダイヤモンド量子センサで世界最高感度を実現

人工的に合成したリンドープn型ダイヤモンドを用い、NV中心（窒素―空孔中心）の室温での世界最長電子スピンコヒーレンス時間（T2）と、単一NV中心を用いた量子センサでの世界最高磁場感度実現に成功しました。このT2は、他の固体系電子スピンの中でも室温では一番長いものです。NV中心は室温でも長いT2を有し、超高感度量子センサや量子情報素子の実現および量子センサの生命科学分野への応用の観点から注目されています。T2は重要な特性で、量子センサではT2が長いほど感度が良くなります。今回、われわれは産総研で作製された高品質なリンドープn型ダイヤモンド中の単一NV中心のT2が、あるリン濃度で非常に長いことを見出しました。リンは電子スピンを有するため磁気ノイズ源となり、リンをドープするとT2は短くなると考えるのが常識ですが、今回の結果はそれに反する結果でした。系統的にリン濃度のみを変えた試料での結果からも、一定量以上のリンがドープされた試料において世界最長のT2が測定され、リンドープの効果が確認されました。n型ダイヤによるT2長時間化は、合成中に生成した空孔欠陥が電荷を帯び、磁気ノイズ源となる複合欠陥の生成が抑制されたためと考えられます。精密なノイズ測定より、今回の試料でのノイズ源は、リン以外の不純物欠陥の電子スピンであることが示唆され、それらの抑制により、さらなるT2の長時間化も期待されます。n型ダイヤにより最長のT2を実現した点は意義深く、さらなる高感度化に加え、n型半導体特性を活かした量子デバイスへの幅広い応用へ道を拓くものと期待されます。

概要図

(a) ダイヤモンド中のNV中心の構造. (b) ハーンエコー信号の測定結果。NV中心は電子スピンを有しており（図中オレンジ色の矢印）、0と1の重ね合わせ状態を実現できる. その重ね合わせ状態が1/eの大きさ（およそ0.37．eは自然対数の底）に小さくなるまでの時間がコヒーレンス時間T2.


研究ユニット

創エネルギー研究部門

エネルギー資源を有効利用する技術の開発

エネルギー資源に乏しい我が国において、新たな資源を開発し、その利用によりエネルギーセキュリティを確保していくことが強く求められています。創エネルギー研究部門では、非在来型の国産資源を始めとしたエネルギー資源の有効利用にかかわる技術を開発しています。例えば、メタンハイドレート資源開発においては、長期的な安定生産技術、生産増進技術の開発や地層挙動の評価など、商業化に向けた技術整備に取り組み、体系化された生産技術の確立を目指します。また、褐炭等の低品位炭や非在来型資源等から、水素などのクリーンな燃料を高効率に製造する技術および関連触媒技術など、未利用エネルギー資源の環境調和型利用技術の開発を行っています。これらの取り組みによって、新たなエネルギー産業の創出に貢献します。

研究拠点

つくばセンター(西、中央)、北海道センター

参画する技術研究組合

  • 自動車用内燃機関技術研究組合（AICE）
  • 新構造材料技術研究組合（ISMA）

所在地

〒305-8569 茨城県つくば市小野川16-1 つくば西
電話：029-861-8400　FAX：029-861-8408
創エネルギー研究部門WEBサイト

電池技術研究部門

蓄電池をはじめ日々の生活に役立つエネルギーを蓄える技術の開発

経済と環境を両立する持続的成長を発展する低炭素社会の実現のため、自動車や住宅などのエネルギー需要者側におけるエネルギーの効率的な利用が求められています。生活の中での利用のため、安全性や環境適合性も高い次元で達成されなければなりません。このため、蓄電池、燃料電池をはじめとした生活に役立つエネルギーを蓄える新しい電気化学デバイス開発に貢献する材料基礎からデバイス化、システム化までを通した研究に取り組んでいます。

研究拠点

関西センター、つくばセンター

参画する技術研究組合

  • 技術研究組合ＦＣ－Ｃｕｂｉｃ
  • 技術研究組合リチウムイオン電池材料評価研究センター（LIBTEC）

所在地

〒563‑8577 大阪府池田市緑丘1‑8‑31
電話：072‑751‑8528　FAX：072‑751‑8528
電池技術研究部門WEBサイト

省エネルギー研究部門

熱・燃料の高効率利用等による省エネルギー技術

限りある地球のエネルギー資源の持続的有効利用と温室効果ガス排出量削減を目標に、省エネルギー技術、高効率エネルギー変換技術等の研究開発を通して持続発展可能な社会の実現、産業競争力の強化に資するグリーンイノベーションの実現を目指します。具体的には、未利用熱を有効活用する熱電変換等による排熱利用技術および革新的な熱マネージメント技術の研究開発、クリーンディーゼル車向け高効率エンジン燃焼のために基盤技術の研究開発、新たなブレークスルーをもたらす革新的、萌芽的エネルギー技術の研究開発、等を行っています。

研究拠点

つくばセンター（東、中央）

参画する技術研究組合

  • 未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合（TherMAT）
  • 自動車用内燃機関技術研究組合（AICE）

所在地

〒305-8564 茨城県つくば市並木1-2-1 つくば東
電話：029-861-7239　FAX：029-851-7523
省エネルギー研究部門WEBサイト

 

環境管理研究部門

産業活動と環境保全の両立を目指した環境計測技術・浄化技術・リサイクル技術の開発

活力ある産業活動と安全・安心な環境の両立を目指し、産業活動に伴い発生する各種物質の計測技術を開発するとともに、その成果を活用した環境浄化技術や再資源化技術の研究ならびに地球温暖化等の環境問題に対応する研究を実施しています。特に、従来の環境計測にバイオ・ナノ技術を融合させた次世代環境診断技術、水や大気中の有害化学物質によるリスクを省エネルギー的に削減する技術、都市鉱山からのレアメタル等の戦略的リサイクル技術、地球温暖化防止・二酸化炭素排出削減技術評価のための大気や海域での環境動態評価に関する研究を実施しています。

研究拠点

つくばセンター(西)

所在地

〒305－8569　茨城県つくば市小野川16－1　つくば西
電話：029-861-8300　FAX：029-861-8258
環境管理研究部門WEBサイト

安全科学研究部門

産業と環境が共生する持続可能な社会の実現を支える評価技術の開発

当研究部門では、評価技術の開発を中心として、安全で持続的発展可能な社会の実現に貢献することをミッションにしています。リスク評価の対象は、現存する化学物質にとどまらず、今後の産業にとって重要なナノ材料などの新規材料や新技術も含まれます。安全な社会を支えるリスク評価研究として、産業と環境が共生する社会の実現に向けて、化学物質や材料、エネルギーを適切に利用することで環境リスクやフィジカルリスクを低減するための評価研究を実施しています。また、技術の社会実装を支援する評価研究として、具体的な新技術・製品のライフサイクル全体での環境負荷（LCA）やリスクを評価することを通じて、産業のイノベーションやＳＤＧｓ・ＥＳＧ対応に貢献します。

安全科学研究部門の画像1

化学物質のリスク評価ツール

安全科学研究部門の画像2

インベントリデータベース（IDEA）の作成状況

研究拠点

つくばセンター（西、中央第五、北、中央第一）

所在地

〒305-8569 茨城県つくば市小野川16-1 つくば西
電話：029-861-8452　FAX：029-861-8422
安全科学研究部門WEBサイト

太陽光発電研究センター

低炭素社会実現に向けたクリーンエネルギーの開拓と普及

低炭素社会の実現、エネルギー安全保障などの観点から再生可能エネルギーの普及が重要になっています。太陽光発電は導入に対する障壁が比較的低いということ、太陽光エネルギーは無尽蔵かつ地域的な偏在が少ないことなどから導入が進んでいます。当研究センターでは太陽光発電の大量導入と持続的発展を支えることを目指して、太陽電池のさらなる高効率化、低コスト化、モジュール・システムの信頼性向上、性能評価技術などに関して、産業化に直結する技術から太陽光エネルギーを利用する革新的基礎技術まで広いフェーズについて研究開発を実施します。さらに、これら技術成果の国際標準化等にも力を入れていきます。

研究拠点

つくば（中央）、九州センター

所在地

〒305-8568 茨城県つくば市梅園1-1-1 中央第2
電話：029-861-5110　FAX：029-861-5615
太陽光発電研究センターWEBサイト

再生可能エネルギー研究センター

再生可能エネルギーの大量導入の早期実現に向けた技術開発

再生可能エネルギーの大量普及のためには、時間的に大きく変動する、コストが高い、場所ごとに適切な技術の選択が必要、等の課題を解決する必要があります。このため、当研究センターでは、研究拠点に設置している実証フィールドを有効に活用し、以下の3つの研究課題を中心に研究開発を進めています。

  • ・水素や蓄電池等のエネルギー貯蔵とパワーエレクトロニクスを駆使した統合システム技術を開発し、太陽光や風力など時間的に変動する大量の再生可能エネルギーを有効に活用する技術モデルの実証研究
  • ・軽量安価で長寿命な太陽光発電モジュール等による発電量単価での評価で大幅なコストダウンを実現する革新的技術の研究開発
  • ・適正な開発と社会の受入れを目的とした、地熱、地中熱利用技術の開発と資源量データベースの構築

再生可能エネルギー研究センターの画像

研究拠点

福島再生可能エネルギー研究所

所在地

〒963-0298 福島県郡山市待池台2-2-9
電話：024-963-1805
再生可能エネルギー研究センターWEBサイト

先進パワーエレクトロニクス研究センター

ワイドギャップ半導体を用いた新規エレクトロニクスによる効率的な電力エネルギーハンドリング

家電や自動車、各種産業機器に使われるインバータで代表されるパワーエレクトロニクスは、電気エネルギーを制御するキー技術で、現在はシリコンパワー素子で成り立っていますが、性能に限界が見え始めています。当研究センターでは、シリコンカーバイド（Si C）、窒化ガリウム（GaN）、ダイヤモンドなどのワイドギャップ半導体のウエハ技術からパワー素子の開発、さらにその素子性能を充分に生かせる回路・実装・制御からなるパワーエレクトロニクス統合化技術へと開発を進め、システムメリットからこの限界突破を目指すと共に、エネルギー制御のためのエレクトロニクス基盤構築を将来的な目標としています。

先進パワーエレクトロニクス研究センターの画像

研究拠点

つくばセンター（中央、西）

所在地

〒305-8568 茨城県つくば市梅園1-1-1 中央第2
電話：029-861-5050　FAX：029-861-5032
先進パワーエレクトロニクス研究センターWEBサイト

その他の研究推進組織

「プロジェクトユニット」は政策的・社会的に重要な国家プロジェクト等の研究課題を、「研究ラボ」は将来の研究センター化を目指す重要な研究課題や政府等からの要請に基づく研究課題、研究所外との連携研究課題等を、領域や研究部門を問わずに集中的に実施する研究者の集合体です。

プロジェクトユニット

  • メタンハイドレートプロジェクトユニット

研究ラボ

  • 次世代自動車エンジン研究ラボ
  • エネルギーナノ工学研究ラボ
「オープンイノベーションラボラトリ（ＯＩＬ）」及び「ラボラトリ」は経済産業省の進める「オープンイノベーションアリーナ構想」の一環として、大学等内に設置する連携研究拠点です。OIL の設置を行うことで大学等の基礎研究と、産総研の目的基礎研究・応用技術開発を融合し、産業界へ技術の「橋渡し」を推進します。また、企業の戦略に、より密着した研究開発を実施するため、その企業を“ パートナー企業” と呼び、産総研の中に企業名を冠した「連携研究室」、通称「冠ラボ」を設置しています。パートナー企業と共に産総研の目的基礎研究・応用研究の事業化を加速します。

オープンイノベーションラボラトリ

ラボラトリ

連携研究室（冠ラボ）

  • 清水建設-産総研 ゼロエミッション・水素タウン連携研究室


エネルギー・環境領域研究戦略部

連絡先：エネルギー・環境領域研究戦略部　研究企画室

メール：envene-liaison-ml*aist.go.jp（*を@に変更して送信下さい。）
電話：029-862-6033


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