2025年のノーベル物理学賞は、量子力学と電気回路の境界を切り開いた画期的な研究をした3名に授与されました。

受賞理由は「電気回路における巨視的量子トンネル効果とエネルギー量子化の発見」

一見すると難しそうですが、実は現代の量子コンピュータの基礎をつくった、とても重要な研究です。

この記事では、

• 受賞の理由の意味
• 実験の内容
• 受賞者の紹介
• 今後の応用（量子コンピュータなど）

を高校生でもわかるように解説します。

1.受賞理由『巨視的量子トンネル効果とエネルギー量子化』とは？

以下では、「受賞理由：巨視的量子トンネル効果とエネルギー量子化を、高校生にも理解できるように、しかし本質は正確にまとめて解説します。

1-1.量子のトンネル効果とは

量子の世界では、粒子が本来越えられないはずのエネルギーの壁をすり抜けることがあります。

これを量子トンネルと呼びます。

通常は電子などの極小の粒子でしか観測できません。

1-2.巨視的量子トンネルとは？

今回の研究がすごいのは、

手のひらサイズの電気回路全体が量子トンネルをおこしたという点です。

つまり、電子1個ではなく、

電流という巨視的な量が壁をすり抜けた

ということ。

これは量子力学が『どこまで大きな物質に適用できるか？』という長年の問いに答える成果でした。

1-3.エネルギ―量子化とは？

超電導回路を極低温に冷やすと、

回路のエネルギーが原子のように飛び飛びの値しか取れないことがわかりました。

これは、

『電気回路が人工原子のように振る舞う』

という驚くべき発見です。

2.実験内容：どうやって量子現象を電気回路で観測したのか？

研究者たちは1980年代に、以下のような実験を行いました。

2-1.超電導ジョセフソン接合を使った回路を作成

ジョセフソン接合とは、超電導体—絶縁体—超電導体という構造を持つ特殊な素子。絶縁体があるのに電流が流れるのは、“クーパー対がトンネル効果で絶縁体を通り抜ける”ためです。

2-2.回路を超低温（数ｍK）まで冷却まで冷却

（1ｍK（ミリケルビン）＝1/1000K（ケルビン））

極低温にすると、回路全体が1つの量子状態として振る舞います。

2-3.マイクロ波を照射してエネルギー順位を測定

すると、

特定の周波数でのみ吸収が起きる

➡エネルギーが量子化されている証拠。

2-4.電流の向きが突然切り替わる現象を観測

本来ならエネルギー障壁を越えないと変わらないはずの電流の向きが、外部エネルギーなしで突然反転。

これは、

『回路全体の量子状態がトンネルした』

ことを意味します。

3.受賞者の３名の研究者紹介

彼らの研究は、量子コンピュータや量子暗号、量子センサーなど、次世代量子技術の基礎を築いたと評価されていいます。

ジョン・クラーク（John Clarke）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

カリフォルニア大学バークレー校名誉教授

• 超電導量子干渉（SQUID）の研究で世界的に知られる物理学者。
• 1980年代、若き日のデヴォレ、マルティニスとともに、電気回路が量子力学的に振る舞うことを実験的に証明した中心人物。
• 巨視的量子トンネル効果を示す実験を主導し、量子現象が「原子レベル」だけでなく「人間が扱えるサイズの回路」でも起きることを示した。

ミシェル・H・デヴォレ（Michel H. Devoret）

イェール大学　名誉教授/カリフォルニアバーバラ校　教授

• 量子電子工学（quantum electronics）の第一人者。
• クラーク研究室でポスドクとして研究し、巨視的量子トンネル効果の実証に大きく貢献。
• その後も超電導量子ビット（transman qubit）の開発など、量子コンピュータの実用化に直結する研究を牽引。

ジョン・M・マルティニス（John M.Martinis）

カリフォルニア大学サンタバーバラ校　名誉教授

• クラーク研究室で博士課程学生として研究を開始し、巨視的量子トンネル効果の実験に参加。
• 超電導量子ビットの開発で世界的に知られ、Googleの量子超越実験（2019）を率いたことでも有名。
• 受賞理由となった研究では、電気回路におけるエネルギー順位の量子化を明確に示し、量子コンピューターの基礎を築いた。

4.今後の応用：量子コンピュータの基盤技術に

今回の研究は、超電導量子コンピュータの原理そのものを作ったといわれています。

4-1.超電導量子ビット(qubit）

• エネルギー量子化➡0と1の量子状態を作れる
• 巨視的量子トンネル➡状態遷移の仕組みになる

4-2.量子センサー（SQUID）の高性能化

超高感度の磁場センサーとして医療・地質調査に応用。

4-3.量子通信・量子暗号

量子状態を扱う技術の基礎として発展。

4-4.量子シミュレーション

化学・材料開発の革新につながる。

まとめ：2025年ノーベル物理学賞は量子技術の未来を切り開いた

• 電気回路で量子現象を実証した歴史的研究
• 巨視的量子トンネルとエネルギー―量子化を観測
• 受賞者3名は量子回路研究のパイオニア
• 量子コンピュータの基礎技術として極めて重要

この研究がなければ、今の量子コンピュータ開発は存在しなかったと言っても過言ではありません。

2025年のノーベル化学賞は、MOF（Metal-Organic Framework：金属有機構造体）を開発し、その科学的基盤を築いた研究者たちに授与されました。

この記事では、MOFとは何か、どのような仕組みで働くのか、そして研究者たちがなぜノーベル賞を受賞したのかを、化学の知識がない人でもわかりやすく解説します。

1.MOF（金属有機構造体）とは？

MOFは、金属イオンと有機分子が規則正しく組み合わさってできる多孔性（穴の多い）結晶で以下のような特徴があります。

• 分子レベルで設計されたナノサイズの孔
• 非常に大きな内部表面積
• 気体や分子を吸着・貯蔵・分離できる

「分子のレゴブロックで作る超精密なスポンジ」と考えるとイメージしやすいでしょう。

2.MOFの仕組み：なぜ注目されているのか

MOFの最大の特徴は、孔の大きさや性質を分子レベルで自由に設計できることです。

これにより

• 特定の分子だけを選んで吸着
• 大量の気体を安全に貯蔵
• 化学反応を効率化
• 空気中の水分を吸着して水を取り出す

といった、従来の材料では難しかった機能を実現できます。

3.ノーベル化学賞した3名

この3名は、MOFという新素材の理論・構造・応用の各段階で重要な役割を果たしました。それぞれ異なる視点をもちながらも、『物質の空間をデザインする』という共通のビジョンで結ばれています。

• 北川進（きたがわすすむ）

所属：京都大学高等研究院特別教授・理事・副学長

生年：1951年（74歳）

出身地：京都府

功績：　

　　　MOF（Metal-Organic Frameworks）の概念を世界に先駆けて提唱し、分子レベルで空間を設計する「物質の建築学」を開拓。

特徴的な視点：

「気体を資源に変える時代が来る」と語り、空気中の分子を自在に操る技術の可能性を追求。

人柄：　　

　教え子との絆が深く、講演用のCG作成を依頼するなど、研究成果の伝え方にもこだわる。

• リチャード・ロブソン（Richard Robson）

所属：メルボルン大学（オーストラリア）

功績：MOFの初期構造設計において、金属と有機分子を組み合わせた　　　　　　三次元構造体の理論的基盤を築いた。

役割：

MOFの「骨格」を作るアイデアを提示し、分子の組み合わせによる空間設計の可能性を広げた。

評価：

MOFの始まりを支えた功労者として、材料科学の新しい方向性を示した。

• オマー・ヤギー（Omar M.Yaghi）

所属

カリフォルニア大学バークレー校（米国）

生年

1965年（ヨルダン出身のパレスチナ難民）

功績

MOFの応用研究を推進し、CO₂の吸着、水の回収、毒ガスの除去など、社会問題への実装に貢献。

人柄と背景

電気も水道もない環境で育ち、公立教育の力で科学者に。自身の受賞を「恵まれない環境でも努力すれば道は開ける」と語った。

視点

MOFを「空気から資源を取り出す技術」として位置づけ、持続可能な社会の構築に強い関心を持つ。

4.なぜMOF研究がノーベル賞に値したのか？

MOFの研究がノーベル賞を受賞した理由3つを紹介します。

4-1.新しい材料科学の概念を創出した

MOFは「物質の建築学」と呼ばれ、分子レベルで空間をデザインするという革新的な発想を生み出しました。

4-2.社会課題の解決に直結する応用性

• CO₂吸着
• 水素・天然ガスの貯蔵
• 空気から水を作る技術
• 触媒としての利用

これらは脱炭素社会や水資源問題の解決に直結します。

4-3.世界的な研究分野を形成した

MOF研究は今や世界中で活発に行われており、材料科学の主要分野のひとつに成長しています。

5.MOFの主要な応用分野

MOFにはエネルギー問題や環境問題などを解決することが期待されています。

5-1.ネルギー貯蔵（水素・天然ガス）

MOFは気体を高密度で安全に貯蔵できるため、クリーンエネルギー社会の実現に不可欠です。

5-2.CO₂の吸着・分離（脱炭素技術）

発電所や工場の排ガスからCO₂だけを選んで吸着できるため、温室効果ガス削減に大きく貢献します。

5-3.空気から水を作る技術（水資源）

乾燥地帯でも空気中の水分を吸着し、太陽光で水を取り出せます。

5-4.触媒としての利用（化学産業）

化学反応を効率化し、エネルギー消費を削減できます。

6.MOFがもたらす未来

MOF研究は、以下のような社会課題の解決に貢献すると期待されています。

• 脱炭素社会の実現
• 水素社会の推進
• 水不足問題の解決
• 化学産業の効率化
• 医療・薬剤分野での応用

MOFは、未来の社会のインフラを支える基盤技術になり得る素材です。

まとめ：MOF研究は未来の社会を根本から変える可能性を秘めている

MOF（金属有機構造体）の研究は、単なる新素材の開発にとどまりません。

それは、物質の構造を分子レベルで自由に設計するという新しい科学の扉を開いたという点で、極めて革新的です。

この技術は、エネルギーの貯蔵効率を飛躍的に高め、CO_２の分離・回収によって脱炭素社会の実現を加速させ、さらには空気から水を取り出すことで水資源問題にも貢献するなど、地球規模の課題に直接アプローチできる力を持っています。

今後、MOFの応用は化学産業、医療、農業、宇宙開発など多岐にわたる分野になるかもしれません。

MOF研究は、科学の枠を超えて、人類の暮らしそのものを根本からかえる可能性を秘めた技術なのです。

2025年、日本の坂口志文（さかぐちしもん）教授が、私たちの体の仕組みを根底から変える発見により、ノーベル生理学・医学賞を受賞されました。その画期的な発見こそ、「制御性T細胞（せいぎょせいティーさいぼう）」です。

「免疫」や「T細胞」と聞くと、少し難しく感じるかもしれませんが、この制御性T細胞は、私たちが健康に生きる上で欠かせない、非常に大切な役割を担っています。

1.制御性T細胞とは？一言でいうと「免疫のブレーキ役」

私たちの体には、「免疫」という素晴らしい防御システムが備わっています。これは、細菌やウイルスなどの「外敵（異物）」を攻撃して体を守る、いわば軍隊のようなものです。

この免疫軍団の主力部隊の一つが、Ｔ細胞と呼ばれるリンパ球です。Ｔ細胞は、外敵を見つけて攻撃する「アクセル役」を担っています。

免疫細胞の種類と働きについてはこちらをどうぞ

ところが、このＴ細胞が暴走してしまうと大変です。

本来守るべき「自分の体」を誤って外敵とみなして攻撃し始めてしまうことがあります。これが「自己免疫疾患（じこめんえきしっかん）」です。関節リウマチや1型糖尿病などがこれにあたります。

1-1.制御性Ｔ細胞は「冷静な司令官」

ここで登場するのが、坂口教授が発見した「制御性Ｔ細胞（Ｔreg）」です。

制御性T細胞は、T細胞の中でもわずか数パーセントしかない「特殊部隊」で、その役割は、まさに「暴走した免疫にブレーキをかけること」。免疫軍団が熱くなりすぎたときに、「落ち着け」「攻撃をやめろ」と指示を出し、免疫のバランスを保つ冷静な司令官のような存在です。

制御性Ｔ細胞のおかげで、私たちの体は、強力な免疫システムを持ちながらも、自分の体を攻撃せずに健康を維持できています。この「自分と他人を区別し、自分の体を守る仕組み」を「免疫寛容（めんえきかんよう）」と言います。

1-2.制御性Ｔ細胞の発見がもたらす医学への貢献

坂口教授のこの発見は、単なる基礎研究にとどまらず、さまざまな病気の治療に革命をもたらす可能性を秘めています。制御性Ｔ細胞は、病気によって「働きすぎ」たり「働きが弱すぎ」たりすることが分かってきました。

2.免疫の暴走を止める（自己免疫疾患・アレルギー治療）

前述の通り、自己免疫疾患は制御性Ｔ細胞の機能が低下し、免疫が暴走することで起こります。そこで、患者さんの体内で制御性T細胞を「増やす」「強化する」ことができれば、暴走した免疫を抑え込み、病気の進行を止める治療法（細胞療法）につながると期待されています。

2-1.免疫の働きを強める（がん治療）

一方で、がん細胞は、この制御性T細胞を悪用することがあります。がん細胞の周りに制御性Ｔ細胞を集めて、免疫軍団の攻撃にブレーキをかけさせ、攻撃を逃れようとするのです。

この場合、逆に制御性Ｔ細胞の働きを「抑える」「除去する」ことで、免疫のブレーキを解除し、免疫軍団にがん細胞を思い切り攻撃させることができます。これは、現在進歩が著しいがん免疫療法の新たな戦略として研究が進められています。

2-2..臓器移植直後の拒否反応抑制

臓器移植の際にも、患者さんの免疫が移植された臓器を「外敵」と見なして攻撃する「拒絶反応」が大きな問題となります。この拒絶反応を抑えるために、制御性Ｔ細胞の力を利用する研究も期待されています。

まとめ：未来の医療への大きな一歩

制御性Ｔ細胞の発見は、「免疫は暴走するもの」という従来の考え方を覆し、免疫システムにはそれを調整する仕組みがあることを世界で初めて証明しました。

坂口志文教授の長年の研究が実を結び、この「免疫のブレーキ役」の仕組みが解明されたことで、これまで治療が難しかった自己免疫疾患や、がんなどの難病に対する、全く新しい治療方法開発の道が開かれました。

ノーベル賞の受賞は、まさに人類の健康に貢献する大きな一歩なのです。

エネルギー問題の救世主？「核融合発電」が今、なぜ注目されるのか

地球温暖化、異常気象、エネルギー価格の高騰・・。私たちの社会は、エネルギーに関する様々な課題に直面しています。そんな中、「究極のクリーンエネルギー」として期待されているのが、「核融合発電」です。

「核融合」と聞くと、ＳＦの世界の話だと思ったり、あるいは「原子力発電」と混同して危険なイメージを抱いたりする方もいるかもしれません。しかし、核融合発電は原子力発電とは全く異なる原理で、私たちが抱えるエネルギー問題の抜本的な解決策になり得ると考えられています。

この記事では、まだ開発途上にある核融合発電について、誰でもわかりやすく、その仕組み、メリット、現在の開発状況、そして残された課題まで、詳しく解説していきます。未来のエネルギーについて一緒に考えてみましょう！

１．核融合発電って、いったい何？原理をわかりやすく解説！

核融合発電を理解するためには、まず「核融合」とは何かを知る必要があります。

1-1．核融合とは？太陽のエネルギーと同じ仕組み！

「核融合」とは、軽い原子核同士が合体（融合）して、より重い原子核になる際に、莫大なエネルギーを放出する現象のことです。 これを聞いてピンとくる方もいるかも知れません。そう、私たちの太陽が輝き続けているのも、この核融合反応のおかげなのです！太陽の中心部では、水素原子核同士が核融合を繰り返し、ヘリウム原子に変化する際に、莫大な光と熱を放っています。

1-2．核融合発電で使う燃料は、水から作れるってホント？

核融合発電で主に燃料として考えられているのは、「重水素（じゅうすいそ）」と「三重水素（さんじゅうすいそ）」という水素の仲間たちです。

• 重水素：海水中に豊富に含まれており、地球上のどこでも手に入ります。まさに「水から燃料が作れる」と言われる所以です。

• 三重水素：自然界にはごくわずかしか存在しないため、核融合炉の運転中に人工的に生成する必要があります。核融合反応によって放出される高エネルギーの中性子を、炉心を取り囲む「ブランケット」と呼ばれる部分に配置されたリチウムに衝突させます。この衝突によって、リチウム原子が中性子を吸収し、三重水素とヘリウムに変換される核反応が起こります。リチウムも地球上に比較的豊富に存在します。

これらの燃料は、ウランなどのように特定の国に偏在するものではなく、地球上に広く存在するため、エネルギー安全保障の観点からも非常に優れています。

1-3．プラズマって何？核融合を起こすためのカギ

核融合を起こすためには、重水素と三重水素の原子核を非常に高い温度（数億度！）に加熱し、バラバラになった原子核と電子が飛び交う「プラズマ」という状態にする必要があります。

プラズマは、物質の第4の状態と呼ばれ、固体、液体、気体の次に来る状態です。この超高温のプラズマを、強力な磁場を使って閉じ込めることで、原子核同士が衝突・融合し、エネルギーを発生させるのが核融合発電の基本的な仕組みです。

２．核融合発電のココがすごい！夢のクリーンエネルギーのメリット

核融合が「究極のクリーンエネルギー」と呼ばれるのには、明確な理由があります。

2-1.核融合の燃料は無尽蔵!

前述の通り、核融合発電の燃料は、海水中の重水素とリチウムです。これらは地球上にほぼ無尽蔵に存在するため、燃料枯渇の心配がありません。一度核融合発電が実用化されれば、私たちのエネルギー自給自足の夢が大きく近づきます。

2-2．CO₂を排出しない！地球温暖化対策の切り札

核融合反応は、炭素を含まない水素原子同士の反応なので、発電時に二酸化炭素（CO₂）を一切排出しません。これは、地球温暖化対策、脱炭素社会の実現に向けた最大の貢献となります。

2-3．放射性廃棄物が大幅に少ない！安全性への貢献

核融合発電は、核分裂反応を利用する原子力発電とは異なり、高レベル放射性廃棄物を排出しません。発生する放射性廃棄物も、その放射性レベルや寿命が格段に低く、最終処分が比較的容易です。また、原理的に核暴走のリスクも非常に低く、事故時の安全性も高いとされています。

2-4．資源の偏りが少ない！地政学リスクの低減

核融合燃料は地球上に広く存在するため、特定の国が資源を独占するといったリスクがありません。これにより、エネルギーをめぐる国際的な緊張が緩和され、地政学的な安定にも貢献すると期待されます。

３．核融合発電はいつ実現する？世界の開発状況と日本の挑戦

魅力的な核融合発電ですが、その実現にはまだ高いハードルがあります。しかし、世界中で研究開発が加速しており、着実に進展しています。

3-1．国際熱核融合炉「ITER（イーター）」計画とは？

現在、核融合発電の研究開発の中心となっているのが、フランスで建設中の国際熱核融合実験炉「ITER（イーター）」です。日本、EU、ロシア、米国、韓国、中国、インドの７国が協力して進める巨大プロジェクトで、「核融合エネルギーの科学的・技術的実現可能性を実証すること」を目的としています。ITERは2025年の運転開始を目指しており、実用化に向けた重要なステップとなるでしょう。

3-2．日本の核融合研究の最前線！JT-60SAと民間企業の動き

日本も核融合研究において世界をリードする国の一つです。茨城県那珂市にある「JT-60SA」は、ITERと並ぶ世界最大級の核融合実験装置で、高性能なプラズマ生成・維持の技術開発を進めています。

また、最近では、国内のスタートアップ企業も核融合発電の開発に乗り出すなど、民間からの参入も増え、実用化への期待が高まっています。

４．核融合発電の課題と克服への道のり

多くのメリットを持つ核融合発電ですが、実用化にはまだいくつかの課題が残されています。

4-1．超高温プラズマの「閉じ込め」技術

数億度という超高温のプラズマを安定的に、かつ長時間にわたって閉じ込める技術は、核融合発電の最大の難関です。プラズマの不安定性を克服し、効率的にエネルギーを取り出すための研究が続けられています。

4-2．建設コストと経済性

核融合炉は非常に大規模な設備が必要となるため、建設コストが膨大になることが予想されます。いかにコストを抑え、経済的に成立する発電システムを構築するかが課題です。

4-3．材料開発の進展

核融合炉の内部は、超高温のプラズマに常にさらされるため、非常に高い耐久性を持つ材料が必要です。放射線に強く、長期間の使用に耐えうる材料の開発も重要な課題の一つです。

4-4．三重水素の自己生成技術

核融合反応で消費される三重水素を、炉内で効率的に生成する技術（増殖ブランケット技術）の確立も実用化には不可欠です。

まとめ：核融合発電が拓く、持続可能な未来への道

核融合発電は、まだ研究開発の途上にあり、実用化までには時間を要するかもしれません。しかし、そのポテンシャルは計り知れません。もし核融合発電が実現すれば、私たちは以下のような未来を手に入れることができるでしょう。

• エネルギー問題の根本的解決
• 地球温暖化の抑制とクリーンな空気
• 安定したエネルギー供給による社会の安定

核融合発電は、人類が直面する大きな課題に対する希望の光です。今後の研究開発の進展に期待し、私たち一人ひとりがエネルギー問題に関心を持つことが、未来を拓く第一歩となるでしょう。

参考サイト

核融合発電の原理・仕組み、メリット・デメリット、安全性、課題について

• 日本レーザー: 核融合発電の基礎から将来性と課題まで、わかりやすく解説！エネルギーの未来を支える新技術について詳しく知りたい方必見！
• 松定プレシジョン: 核融合発電と原子力発電の違い
• ストックマーク: 核融合エネルギーはなぜ注目されているのか？発電の仕組みやメリットについて
• yh株式会社: 今注目の「核融合発電」とは？原子力発電との違いやメリット・デメリットを解説！
• PEAKS MEDIA: 核融合発電とは？仕組みやメリット・デメリット・原子力発電との違いを解説
• sellwell（セルウェル）: 核融合エネルギーとは？メリット・デメリット・危険性などを解説
• アスエネ: 核融合発電の実用化は可能？課題や最新動向について解説
• みずほ銀行: 核融合発電を取り巻く足下の動向

国際熱核融合実験炉「ITER（イーター）」について

• 核融合実験炉ITER日本国内機関: 一般の方向けページのご案内｜核融合実験炉ITER日本国内機関
• 文部科学省: ITER（国際熱核融合実験炉）計画について
• 外務省: イーター（ITER）事業｜外務省 – Ministry of Foreign Affairs of Japan
• 三菱重工: 核融合エネルギー： ITERへの取組み | 三菱重工

日本の核融合研究機関について

• 核融合科学研究所 – Wikipedia: 核融合科学研究所
• 観光いばらき公式ホームページ: 日本原子力研究開発機構 那珂核融合研究所
• 文部科学省: 関係機関等へのリンク – 文部科学省
• 内閣府: 核融合研究開発の現状

前回の記事では、環境負荷を削減する夢のオイル「藻類オイル」について、その魅力や製造プロセス、最新の研究成果、そして課題について詳しく解説しました。

前回の記事はこちらからどうぞ

今回は、藻類オイルが秘めるさらなる可能性、なんと深刻な環境問題であるプラスチックごみの削減にも貢献できるという驚きの情報をご紹介します！

藻類オイルとプラスチックごみ削減の以外な関係

「藻類オイルがどうしてプラスチックごみ削減に繋がるの？」そう思われた方もいるかもしれません。実は、藻類オイルはエネルギー源としてだけでなく、バイオプラスチックの原料にもなり得るのです。

バイオプラスチックとは？

バイオプラスチックとは、植物由来の資源や微生物の生産する物質を原料としたプラスチックのことです。従来の石油由来のプラスチックと比べて、以下のようなメリットがあります。

・原料が再生可能資源である

植物は光合成によって二酸化炭素を吸収して成長するため、バイオプラスチックの原料は枯渇しにくい持続可能な資源と言えます。

・生分解性を持つものもある

特定の条件下で微生物によって分解されるバイオプラスチックは、自然環境への負荷を低減する可能性があります。

藻類オイルがバイオプラスチックの原料になる仕組み

藻類の中には、油脂だけでなく、炭水化物などの様々な有機物を蓄積するものがあります。これらの炭水化物を微生物によって発酵させることで、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などのバイオプラスチックの原料となる物質を生成できるのです。

また、藻類オイル自体を化学的に変換することで、ポリウレタンなどのバイオプラスチックの原料として利用する研究も進められています。

藻類由来バイオプラスチックのメリット

藻類を原料としたバイオプラスチックには、以下のようなメリットが期待されます。

・食料との競合が少ない

陸上植物を原料とするバイオプラスチックの場合、食料生産のための土地と競合する可能性がありますが、藻類は多様な環境で培養できるため、そのような心配が少ないと考えられます。

・二酸化炭素の吸収

藻類の培養過程で二酸化炭素を吸収するため、バイオプラスチックの製造過程全体でのカーボンフットプリントを低減できる可能性があります。

【用語の解説】カーボンフットプリントとは、ある製品や活動によって排出される二酸化炭素（CO₂）の量のことです。これにより、私たちの生活や産業がどれくらい環境に影響を与えているのかを測ることができます。

簡単な例

・自動車を使う➡ガソリンを燃焼しCO₂を排出➡カーボンフットプリント増加

・電気を使う➡発電所で化石燃料を燃やすとCO₂が発生➡カーボンフットプリント増加

・リサイクルをする➡新しく原料を作るよりCO₂排出がする少ない➡カーボンフットプリント減少

・海洋プラスチック問題への貢献

将来的に、海洋で分解可能な藻類由来のバイオプラスチックが実用されれば、深刻な海洋プラスチックの解決に貢献できるかもしれません。

藻類オイルとバイオプラスチックの未来

藻類オイルは、持続可能なエネルギー源としてだけでなく、バイオプラスチックの原料としての可能性を秘めており、私たちの社会が抱えるエネルギー問題とプラスチックごみ問題の両方に貢献できるポテンシャルを持っています。

もちろん、藻類由来のプラスチックもまだ研究開発段階であり、コストや生産効率などの課題を克服する必要があります。しかし、技術革新が進むにつれて、藻類が私たちの生活の中でより重要な役割を果たすい日が来るかもしれません。

藻類オイルとバイオプラスチック。この二つのキーワードが、より持続可能な社会の実現に貢献する未来に、私たちは大きな期待を寄せているのです。

持続可能なエネルギーへの転換は、私たち人類にとって緊急な課題です。その解決策の一つとして、近年注目を集めているのが「藻類オイル」です。環境負荷を低減し、新たなエネルギー源としての可能性を秘めた藻類オイルについて、この記事で詳しくご紹介します。

１．藻類オイルとは？

藻類オイルとは、微細藻類と呼ばれる植物プランクトンから抽出される油のことです。微細藻類は光合成によって二酸化炭素を吸収し、油分を蓄える性質を持っています。そのため、藻類オイルは、環境負荷が低く、持続可能なエネルギー源として期待されています。

２．環境へのメリット

藻類オイルは従来のバイオ燃料に比べ地球環境保全の効果が高いと言われています。その理由を以下に紹介します。

その１　大気中の二酸化炭素の削減

微細藻類は、成長過程で大気中の二酸化炭素を吸収します。そのため、藻類オイルの生産は、二酸化炭素の削減に貢献します。

その２　高い生産性

微細藻類は陸上の植物に比べて成長が早く、単位面積あたりの油の生産量が多いという特徴があります。

その３　多様な環境での育成

微細藻類は、海水や淡水、砂漠など、多様な環境で育成することができます。そのため、食料生産と競合しない土地や、従来農業が困難であった土地での生産が可能です。

その４　バイオ燃料への利用

藻類オイルは、バイオディーゼル燃料やバイオジェット燃料など、様々なバイオ燃料に変換することができます。

３．製造プロセスの科学的解説

藻類オイルの製造プロセスは、藻類の培養からオイルの抽出、精製まで、いくつかの段階を経て行われます。その段階ごとに分けてそれぞれを説明します。

第１段階　藻類の培養

より効率よくオイルを生産するのに適した藻類の種類と培養条件を決めます。

藻類の選定と培養条件

• オイル生産に適した藻類の種類を選定します。例えば、油脂生産量の多いオーランチオキトリウムやボトリオコッカスなどが用いられます。
• 藻類の成長に必要な光、栄養素（窒素、リンなど）、二酸化炭素、温度、pHなどを最適化します。
• 培養方法は、解放型（池など）と閉鎖型（光バイオリアクターなど）があります。閉鎖型は、培養条件の制御が容易で、汚染のリスクが低いという利点があります。

光合成と油脂生成

藻類は光合成によって二酸化炭素と水から有機物を生成し、その過程で油脂を蓄積します。培養条件を調整することで、油脂の生産量を増加させることができます。

第２段階藻体の回収と乾燥

藻体からオイルを取りだすには①藻体を培養液から取りだす。②藻体を乾燥する。の過程を経る必要があります。

①藻体の回収

培養液から藻体を分離・回収します。回収方法としては、遠心分離、ろ過、凝集沈殿などが用いられます。

藻の種類や培養規模に応じて、最適な回収方法を選択します。

②藻体の乾燥

・回収した藻体から水分を除去し、乾燥させます。乾燥方法としては、天日乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥などが用いられます。

・乾燥させることで、オイルの抽出効率を高め、保存性を向上させます。

第３段階　オイルの抽出

乾燥させた藻体からオイルを抽出するには、①藻体の細胞を破砕する。②オイルを抽出の過程を経ます。

①細胞破砕

乾燥した藻体の細胞壁を破砕し、オイルを抽出しやすくします。破砕方法としては、機械的破砕（ボールミルなど）、超音波処理、酵素処理などが用いられます。

②オイル抽出

破砕した藻体からオイルを抽出する方法としては、溶媒抽出（ヘキサンなど）、圧搾抽出、超臨界二酸化炭素抽出などが用いられます。

抽出されたオイルは、不純物を含むため、次の精製工程が必要です。

第４段階　オイルの精製

脱ガム、脱酸、脱色、脱臭

・抽出されたオイルから、リン脂質、遊離脂肪酸、色素、臭気などの不純物を除去します。

これらの工程により、オイルの品質を高め、用途に応じた特性を付与します。

製造プロセスの科学的ポイント

・藻類の選定と培養条件、オイルの生産効率を大きく左右します。

・細胞破砕とオイル抽出の効率化が、製造コストの削減に繋がります。

・精製工程の最適化が、オイルの品質向上に不可欠です。

藻類オイルの製造プロセスは、まだ研究開発途上にあり、さらなる効率化とコスト削減が求められています。

４．最新研究成果

・遺伝子操作による藻類改良

近年、遺伝子編集技術の進歩により、藻類の遺伝子を効率的に改変することが可能になりました。これにより、オイル生産量の増加、特定の脂肪酸組成の改変、耐環境性の向上など、様々な形質改良が実現しています。

特に、オイルを細胞外に生産する藻類の作製に成功した研究は、従来の抽出工程を大幅に簡略化し、製造コスト削減に貢献する可能性をしめしています。

・オイル生産効率の向上

藻類の培養条件の最適化や、光合成効率の向上に関する研究が進められています。

また、特定の栄養素や光の波長を制御することで、オイル生産を増加させる技術も開発されています。

詳しい研究の成果については以下をどうぞ

東工大学ニュース

https://www.titech.ac.jp/news/2017/037572

https://www.titech.ac.jp/news/2019/044801

https://www.titech.ac.jp/news/2022/063229

・多様な用途への応用

バイオ燃料だけでなく、食品、化粧品、医薬品など、様々な分野への応用研究が進んでいます。

藻類から抽出されたオイルを使ったか商品が誕生し、販売されています。

藻類由来のバイオジェット燃料を国内定期便に供給する試みも行われています。

５．課題

・製造コストの削減

藻類オイルの製造コストは、従来の化石燃料に比べてまだ高く、実用化の大きな課題となっています。

大規模な培養施設の建設や、効率的なオイル抽出・精製技術の開発が必要です。

・大規模培養の技術確立

安定した藻類の大量培養技術の確立が求められています。

屋外での培養は、天候や環境の影響を受けやすく、安定した生産が難しいという課題があります。

・環境負荷の低減

藻類培養には、大量の水や栄養素が必要となります。持続可能な生産のためには、これらの資源の効率的な利用や、排水処理技術の開発が必要です。

今後の展望とまとめ

・技術革新によるコスト削減

遺伝子操作による藻類改良や、効率的な培養・抽出技術の開発により、製造コストは大幅に削減されると期待されています。

・バイオ燃料の普及

航空機燃料や船舶燃料など、既存の燃料システムに適合するバイオ燃料としての利用が期待されています。

・高付加価値製品の開発

藻類オイルに含まれる機能性成分を活用した、高付加価値な食品や化粧品、医薬品の開発が進むと予想されます。

・持続可能な社会への貢献

藻類オイルは、二酸化炭素削減や資源循環に貢献し、持続可能な社会の実現に貢献する可能性を秘めています。

藻類オイルは、まだ多くの課題を抱えていますが、技術革新より、これらの課題が克服されれば、私たちの生活や産業に大きな変革をもたらすでしょう。