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　地球にやさしいはずの風力発電だが、巨大なブレード（羽）に鳥類が衝突してしまうという難点があったが、他にも問題がある。ブレードのほとんどが埋立て処分するしかないのだ。

　そこで米国の研究グループが、地球にやさしくて、しかも甘い解決策を考案してくれた。

　彼らが開発した植物由来ポリマーなどを使ったブレード用新素材は、使用後は美味しいグミキャンディにリサイクルできるのだそうだ。

　新しいブレードとして再利用できるほか、家庭用の台所カウンターや車のテールライト、さらにはおむつまで、さまざまな製品にリサイクルできる。

　この研究は8月に開催されたアメリカ化学会（American Chemical Society）の学会で発表された。

【画像】 環境にやさしいはずの風力発電の欠点

　グラスファイバー（ガラス繊維）製の風力タービンのブレード（羽）は、サッカー場の半分ほどの長さになることもある。そんな大きなものが、ほとんどの場合は使い終われば埋立て処分されてしまう。

　しかも、ブレードの廃棄はいっそう厄介なものになると予測される。

　なぜなら、ブレードが大きいほど発電効率が上がるため、今後ますます大型化するだろうからだ。また発電効率を上げるために、耐用年数がすぎる前に大型ブレードに交換されることもある。

［もっと知りたい！→］風力発電の羽根(ブレード)を黒く塗るだけで鳥の衝突死が70%減少（ノルウェー研究）

植物由来ポリマーを組み合わせて作った新素材

　そこで米ミシガン州立大学のジョン・ドーガン氏らは、グラスファイバーに「植物由来ポリマー」と「合成ポリマー」を組み合わせて、新しいブレード用の素材を開発した。

　この熱可塑性樹脂で作られたパネルは、ブレードや自動車に使えるだけの強度と耐久性がある。

　また溶かしてグラスファイバーを取り除いてしまえば、新たにリサイクルすることもできる。リサイクルで生まれ変わった素材は、物理性能がまったく同じなので、再び風力タービンのブレードに生まれ変わらせてもいい。

・合わせて読みたい→鳥が近づくと風力発電のタービンが止まる。スマートカメラが鳥の衝突事故を大幅に減らす

お菓子のグミから、台所天板まで幅広い応用が可能

　この熱可塑性樹脂の最大の特徴は用途の豊富さかもしれない。

　たとえば、鉱物を混ぜれば人工石になり、家庭の台所用カウンター天板や流しなどに使える。

　粉砕してほかのプラスチックを混ぜれば、射出成型（プラスチック製品の7、8割がこれで作られる）することもできる。

　さらにリサイクルすると、より価値の高い素材にアップグレードしてしまう。アルカリ溶液で分解すると、「ポリメタクリル酸メチル樹脂（PMMA）」ができるのだ。これはアクリル製の窓や車のテールライトなどに使われる素材だ。

　また分解時の温度を上げてやれば、おむつなどに使われる「吸収性ポリマー」が出来上がる。

　さらにキャンディやスポーツドリンクに使われる「乳酸カリウム」を作ることまでできる。実際、ドーガン氏はこの新素材からきちんと食べられるグミを作ったそうだ。

今後の課題は、材料の確保と心理的な抵抗感？

　今回、この新素材が風力タービンに使える性能であることが証明された。今後は、実際にこの素材から実験用のブレードが作られることになるはずだ。

　今のところの問題は、普及させるには原材料となる植物由来ポリマーが不足している点だけであるという。

　いや、きっともう1つ問題があるだろう。どんなに甘くても、元風力タービンのグミはちょっとと思う人も多いだろうからだ。

　だが、ドーガン氏が言うには、「トウモロコシであれ草であれ、植物由来の炭素原子は、化石燃料由来の炭素原子と何ら変わりありません」とのこと。

　今回彼らが実証したのは、畑のバイオマスから丈夫なプラスチックを作り、それを食品に戻せるということだ。

　そんな壮大な炭素循環を意識できるグミならば、よりいっそう美味しく感じられるかもしれない。

References:Wind turbine blades could someday be recycled into sweet treats - American Chemical Society / Wind turbine blades could someday be recycled into sweet treats / written by hiroching / edited by / parumo

　
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岡山大学は7月8日、閉じ込め空間を用いた新しい化学気相成長(CVD)法により、原子レベルに薄い半導体材料の「遷移金属ダイカルコゲナイド」(TMDC)の大面積・高品質合成に成功したことを発表した。

同成果は、岡山大大学院 自然科学研究科の橋本龍季大学院生、岡山大 学術研究院 自然科学学域の鈴木弘朗助教、同・三澤賢明助教、同・鶴田健二教授、同・林靖彦教授、東京都立大学大学院 理学研究科 物理学専攻の宮田耕充准教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、米国化学会が刊行するナノサイエンスとナノテクノロジーに関する全般を扱う学術誌「ACS Nano」に掲載された。

層状物質で、単層が原子3個分の厚みを持つ半導体材料「TMDC」は、単層でのみ発光特性を持つ直接遷移型半導体として知られているほか、この単層TMDCは優れた機械的柔軟性、光学特性、電気特性を持ち合わせていることから、次世代の光電子デバイスへの応用が期待されている。

そうした単層TMDCを得る方法にCVD法があるが、従来の固体原料を用いたCVD法では、得られるTMDCの結晶サイズが小さく結晶性が低いため、デバイス性能を低下させる要因とされており、高い結晶性のTMDC結晶を大面積で合成する手法の開発が求められていた。

そこで研究チームは今回、TMDCの一種である「二硫化タングステン」(WS2)を活用した大面積・高品質合成の実現を目指したという。

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具体的には、安定したTMDCの成長環境を実現するため、2枚の合成基板を重ね合わせて構築したマイクロリアクタが用いて、狭い閉じ込め空間を作出。外部からの原料供給が制限される成長環境を構築したとする。また、タングステンの原料として、高温で液体状態になる金属塩「Na2WO4」を、あらかじめ成長基板に塗布することで、マイクロリアクタ内に閉じ込めたほか、WS2に用いられる硫黄の原料として、従来の固体原料よりも供給制御性に優れた有機硫黄を採用し、厳密に供給量を制御することで、単層WS2の合成を高精度に制御することに成功したとする。

実際に原料供給量のバランスの精密制御が行われたところ、従来のCVD法では数10μm程の結晶しか得られなかったのに対し、500μmを超える大きな完全単層WS2結晶が得られたとするほか、条件を整えることで、1mmを超えるような、目視でも確認できる巨大な結晶も得られたとする。

また、「Na2WO4」と「Na2MoO4」という2種類の金属塩を組み合わせることによって、面内で2種類のTMDC(WS2とMoS2)が接合した面内ヘテロ構造の合成も可能となったともする。

さらに、こうした合成方法における、WS2の成長メカニズムを調べたところ、合成温度に対する結晶サイズの変化、特異な結晶成長様式のフラクタル成長、原料の表面拡散エネルギーの理論計算などから、マイクロリアクタ内では原料拡散が律速過程になる、表面拡散律速によって成長していることが判明したとするほか、異なる温度で合成されたWS2の発光(フォトルミネッセンス:PL)特性に着目し、結晶品質を調べたところ、結晶性が低いTMDCでは、PLピークが低エネルギー(長波長)側にシフトし、半値幅が大きくなったほか、発光強度も弱くなったという。

加えて、合成温度に対するPL特性やその均一性を系統的に調べたところ、最適な合成温度(820℃)では面内均一で、高い品質を示すPL特性が得られたとする一方、温度が高すぎる場合や低すぎる場合は、結晶の品質や均一性が低いことが確認されたとする。

このほか、今回の手法で合成されたWS2による改良された転写技術を用いて、合成基板から単層のWS2がシリコンウェハに転写され、電界効果トランジスタ(FET)を作製したところ、電子伝導型(n型)のFETとして、良好に動作することが確かめられたとするほか、光照射下での電流応答が観測されたところ、WS2が吸収する特定の波長に対し、明瞭に応答することも解明されたという。

なお、TMDCは、次世代のウェアラブルセンサ発光素子や発電素子などへの応用が期待されている材料であることから、研究チームでは今回の研究成果をさらに進めていくことで、IoE社会を支える次世代フレキシブルデバイスの実現に近づくことが期待できるとしている。
（波留久泉）

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　マイクロプラスチックは、今や地球上のいたるところを汚染しており、人間を含む、あらゆる生き物に健康被害をもたらす恐れがある。

　とても小さな粒子の為、一度水路などの環境に入り込んでしまえば、取り除くことは難しい。だがその難題を小さなロボットが解決してくれそうだ。

　自己修復機能を持つ、魚形のやわらかいロボットは、レーザーを浴びると植物プランクトン並みの速さで泳ぎ、周囲にただようマイクロプラスチックを吸収してくれるという。

【画像】 貝が分泌する素材をソフトロボットに応用

　マイクロプラスチックは環境中に存在する微小なプラスチック粒子で、その大きさは５mm以下と微小だ。小さな隙間にも簡単に入り込んでしまう。海に流れ込んでしまえば、取り除くのはとても大変だ。

　そこで解決策の1つとして考案されたのが、柔軟な小型ソフトロボットに掃除をさせる方法だ。

　従来のソフトロボットは、水を媒体とするゲル状の「ヒドロゲル」や弾性を持った熱可逆性のある高分子「エラストマー」で作られるのが一般的だった。

・合わせて読みたい→植物にもマイクロプラスチック粒子が蓄積し、成長を阻害していることが判明（米研究）

　だが、こうした素材は水の中ですぐダメになってしまう。そこで注目されたのが貝類が外套膜（がいとうまく）から分泌する「真珠層」という素材だ。

　真珠層は貝殻の内側についている無機物と有機物の複合素材で、丈夫で柔軟さに優れる。特徴的なのがグラデーションのような構造だ。

　片面は炭酸カルシウムのミネラルポリマー複合体で占められているが、もう片面に近づくほどに絹タンパク質フィラーが増えてくる。

　四川大学のジャン・シンシン氏らは、この構造にインスピレーションを受けた。同じようなグラデーション構造を再現すれば、耐久性と屈曲性に優れたソフトロボット用素材が作れるとひらめいたのだ。

レーザー照射で泳ぎながらマイクロプラスチックを吸収

　ジャン氏らはまず、β-シクロデキストリン分子をスルホン酸化グラフェンに結合させ、複合ナノシートを作成。このナノシート溶液を、濃度を変えながらポリウレタン・ラテックス混合物に混ぜる。

［もっと知りたい！→］海洋ゴミが生態系を狂わせる。プラスチックごみをヒッチハイクして移動することを覚えた沿岸生物たち

　このように層ごとに組み立てることで、ナノ複合素材のグラデーション構造が完成した。これをもとに開発されたのが、全長15ミリの魚型ロボットだ。

　作り方もユニークなら、動き方もユニーク。尾ビレの部分に近赤外線レーザーを照射し、高速で明滅させるのだ。

　こうすると尾ビレがはためき前へ泳ぎ出す。最高速度は秒速2.67体分で、従来のソフトロボットを凌駕する速さだ。

Robot fish moves through water picking up microplastics

　このスピードは植物プランクトンの速度に匹敵するという。また周囲にあるポリエチレン製のマイクロプラスチックを繰り返し吸収してくれることも確認されている。

　万が一切れても自己修復が可能で、マイクロプラスチックの除去能力が失われることはないという。

　小さいながらも丈夫で、高速で泳げる魚型ソフトロボットなら、過酷な水環境に漂うマイクロプラスチックなどの汚染物質のモニタリングに利用できるだろうとのことだ。

　この研究は『Nano Letters』（2022年6月22日付）に掲載された。

References:Tiny fish-shaped robot 'swims' around picking up microplastics / written by hiroching / edited by / parumo

　
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