独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構（以下「JOGMEC」という）と共同で、米ぬかを栄養源にした硫酸還元菌の活性を用いて、重金属を含む鉱山廃水を安定的に浄化する廃水処理装置の運転管理技術を確立した。日本国内には、稼働を休・停止した鉱山跡地が多く存在し、そこでは重金属を含む酸性の鉱山廃水が発生する場合がある。このような場所では、環境への悪影響を防止するために、廃水処理が続けられている。一般に鉱山廃水は、専用の設備や化学薬品を使って中和処理されるが、近年は、微生物活性を利用した低コスト・低環境負荷の処理技術に注目が集まっている。JOGMECは、農業廃棄物であるもみがらと米ぬかをそれぞれ微生物の担体と栄養源として活用し、硫酸還元菌の働きによって重金属を沈殿除去する装置の開発を行ってきた。しかし、装置内でどのような微生物が働いているかは未解明であったため、装置の安定的な維持管理方法が確立できていなかった。そこで、産総研とJOGMECは、処理装置に不可欠な微生物の特定と運転条件の最適化に取り組んだ。その結果、ある硫酸還元菌のみが嫌気度の低い環境に対して例外的に強く、この菌の活性を維持することが、安定な廃水処理に重要であることを明らかにした。この技術は、低コスト・低環境負荷で重金属を含む廃水を浄化できるため、鉱山廃水だけでなく産業廃水への応用も期待できる。

害虫が腸内の共生細菌との作用で農薬抵抗性を獲得する仕組みを初めて解明した。害虫の農薬抵抗性において、腸内に共生する細菌による関与の仕組みは知られていない。産総研は他の機関と連携して、害虫カメムシの腸内で共生細菌がどのように農薬を解毒しているかを調査し、解毒に不可欠な共生細菌の遺伝子を特定した。共生細菌はこの遺伝子により、害虫の体内に入った農薬を速やかに分解する。しかし、農薬の分解産物は共生細菌自身に対して毒性を持つことがわかった。この物質は宿主である害虫に対しては無毒であり、害虫は速やかにこれを体外に排出する。その結果、共生細菌は農薬を解毒して、害虫の体内で生存し続けることができる。今回、農薬解毒過程において、害虫と共生細菌が相互作用していることを発見した。

三菱電機株式会社と国立研究開発法人 産業技術総合研究所は、製造現場における環境変化や加工対象物の状態変化を予測し、稼働中のFA機器の加工速度などをリアルタイムで調整するAI制御技術を開発しました。この技術は、人手と時間をかけて行っていたFA機器の調整を無くすとともに、AIが予測した加工誤差量などの結果の信頼度を指標化し、信頼度に応じてFA機器を適切に制御します。これにより、さまざまな加工環境下においても信頼性の高い安定した動作が可能となり、変種変量生産における製造工程においても生産性の向上に貢献します。

32 μmの超薄型基板窒化ケイ素絶縁放熱基板を試作し、同薄板の絶縁耐圧が次世代電気自動車に使用可能な水準にあることを実証した。電力の変換と制御を高効率で行うパワーモジュールの基板については、放熱のため、薄板化が求められている。しかし、薄板化に伴い絶縁耐圧も低下するため、薄板基板の絶縁耐圧・機械的強度などの把握や現象の解明が不可欠である。焼結により作製した窒化ケイ素セラミックス基板は、次世代の絶縁放熱基板として注目されているにもかかわらず、その絶縁耐圧の測定事例が少ない。そこで、様々な厚みの超薄型窒化ケイ素セラミックス基板の絶縁耐圧を測定評価した結果、薄板化するにしたがい絶縁耐圧が低下するものの、50 μm以下の薄型基板では低下の程度は緩やかになり、32 μmの超薄型基板でも約2.8 kVの電圧に耐えることを明らかとした。この数値は、次世代電気自動車に必要な作動電圧850 Vよりも十分に高い値である。さらに、市販基板と比較し基板厚みが10分の１であることから放熱性は10倍程度向上する。

次世代リチウムイオン電池である酸化物系全固体電池向けの高容量正極および負極を新たに開発し、リチウムイオン電池の長年の課題であった安全性の大幅な向上に道筋をつけることができた。可燃性の有機電解液を用いる従来のリチウムイオン電池に対し、難燃性の無機の固体電解質粒子を用いる全固体リチウムイオン電池は安全性を飛躍的に改善できる。特に、酸化物系固体電解質材料は硫化物系固体電解質材料と異なり、有毒ガス発生の危険性がなく、より安全な電池を実現できるとされる。しかしながら、その充放電反応は粒子間接点を介して進行するため、一般的な硬い酸化物系固体電解質粒子を用いると粒子間の接触が悪く、高い電池性能を得ることが難しかった。また、高容量活物質であるLi₂SやSiは反応性が低いため、室温作動条件では酸化物系固体電解質材料を用いることができなかった。今回、高変形性酸化物系固体電解質の原料を導電材および電極活物質(Li₂SまたはSi)と合わせてメカニカルミリング処理することで、一段階で高性能な酸化物系全固体リチウム硫黄電池用のLi₂S正極およびSi負極合材を得る技術を開発した。この正・負極を組み合わせたフルセル試験にて25℃でエネルギー密度283 Wh/kg(正・負極重量基準)と、従来の酸化物系固体電解質材料を電極に用いた全固体リチウムイオン電池と比べ大幅に高いエネルギー密度を達成することができた。本技術は、短絡耐性および製造面で優れており、次世代電池の早期実現への貢献が期待される。

国立研究開発法人海洋研究開発機構は、東北大学、新潟大学、名古屋大学、国立研究開発法人産業技術総合研究所と共同で、伊豆・小笠原海溝の水深6,400メートルの斜面から採取した炭酸塩を含むマントル由来の岩石を解析し、沈み込み帯浅部の炭素循環プロセスを明らかにしました。本研究では、伊豆・小笠原海溝の海亀海山(水深6,400メートル)から採取した前弧マントル岩石に含まれる炭酸塩鉱物脈を解析し、炭素安定同位体比(δ¹³C) が深海水と同様であることと放射性炭素濃度 (Δ¹⁴C) が低いことがわかりました。これは、炭酸塩が古い海水中の炭素を起源とし、地球内部に運び込まれた海水が、数万年以上の間、プレート上盤の前弧マントル内に滞留したことを示します。また、マントル岩石が破砕され、その流体が数十年以内の短期間で噴出することで炭酸塩が生成したことが明らかになりました。この成果は、沈み込み帯浅部における炭素循環の新たな知見として、全地球の炭素循環の理解を前進させるものです。また、我が国の排他的経済水域内でマントルの岩石に関連する冷湧水の痕跡が確認された初めての例であり、今後、生命活動との関係の解明も期待されます。

次世代のポスト5G/6Gで利用が想定される140 GHz帯において、電磁波を設定した特定方向に高効率で反射するメタサーフェス反射板を世界で初めて開発した。近年、移動通信の高周波化が進んでおり、ポスト5G/6Gでは100 GHz超の周波数のミリ波が利用される。ミリ波通信では障害物の遮蔽効果による通信エリアの制限が課題となる中で、高効率な反射を特定の方向に設定できるメタサーフェス反射板を用いた通信エリアの拡大が注目を集めている。しかし、100 GHz超のミリ波帯において、高効率設計に必須な材料パラメータを高精度に計測することが困難であったため、メタサーフェス反射板の開発・実証例はこれまでなかった。今回、ポスト5G/6Gで利用予定の140 GHz帯において、高精度なミリ波帯材料特性計測結果に基づいて最適化設計を行い、特定方向以外の不要反射がほぼ完全に抑えられた高効率のメタサーフェス反射板を開発した。材料由来の効率の低下を除いた反射効率は理論的に99 ％以上に達し、実用上不可避の材料損失を含めた実測値も最大88 ％と高効率動作を実証した。140 GHz帯における高効率なメタサーフェス反射板の開発・実証は世界初である。今回開発した技術により、基地局の増設なしにポスト5G/6G無線通信のエリア拡大への貢献が期待される。