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女子高専生の研究に海外も大注目!卵の膜を使って燃料電池の価格を55分の1に

提供:国立米子工業高等専門学校

提供:国立米子工業高等専門学校

廃棄されていた卵の膜で、燃料電池の大幅なコストダウンに成功。

著名な科学者の研究と思いきや、開発者は鳥取県米子市の国立米子工業高等専門学校の現役学生2人である。

生物化学について探究するクラブ活動「B&C研究同好会」の前田千澄さん(物質工学科4年)=鳥取県出身=と後輩の山村萌衣さん(同3年)=広島県出身=だ。

青色LEDを点灯させる卵殻膜を使った燃料電池

この画期的な研究は、5月8~13日に米フェニックスで開催されたインテル国際学生科学技術フェア (通称:Intel ISEF)でも高評価を受け、エネルギー化学部門で優秀賞2等に輝いた。

地方という逆境に負けず成果を出した2人に、受賞までの苦労話を聞いた。

価格は55分の1、廃棄時の二酸化炭素も低減

卵の内皮「卵殻膜(らんかくまく)」と燃料電池を組み合わせる研究は、昨春に同好会の先輩たちから引き継いだテーマだった。

燃料電池は、酸素と水素の化学反応で発電する仕組みで、二酸化炭素を出さないエネルギー源として注目される。

2人は、発電に必要な「電解質膜」をタマネギやサツマイモの皮など、従来捨てられていた天然の物質で代用できないかを研究。

卵殻膜に塩化白金酸溶液を染み込ませることで、高い通電性を実現できることを発見した。

切り出した卵殻膜 出典元:研究レポート「天然に存在する薄膜を発電装置の材料として活用する研究」

切り出した卵殻膜

この卵殻膜は、従来使われている石油由来の素材・ナフィオン膜に比べ、コスト面で圧倒的な優位性を持つ。

ナフィオン膜が3cm四方で1枚約800円に対し、卵殻膜は同サイズで14.4円と55分の1以下に抑えられる。

塩化白金酸溶液より安価な塩化鉄溶液を用いることで、同サイズで0.9円とさらなるコストダウンも可能というから驚きだ。

電解質膜の廃棄時も、ナフィオン材と比べて環境面への悪影響を大幅に低減できるという。

「世界の舞台に立ちたい」と電池600個を手作り

2人の最大の目標は、先輩たちのように国際学会で堂々と発表することだった。

前年、先輩たちがIntel ISEFで発表する姿を見て、ともに「世界の舞台に立ちたい」と強く思ったという。

憧れの舞台へは国内予選を通過しなければならず、出場だけでも難関だ。

「審査員を納得させよう」(前田さん)と、放課後も夏・冬休みも返上して地道に実験を重ねた。

燃料電池の作成と評価

素材ごとの性能の平均化するため、1回の実験で使う電池は4個。

さらに、1回の実験で準備から片付けまで4時間ほど掛かる。

計測中に条件を変えた別の電池を作っておくなど工夫しながら、150回以上も実験を繰り返し、自作した電池は600個を超えた。

山村さんは「大変だったが、改良してどんどん性能が良くなって、最終的に40倍に伸びたので楽しかった」と振り返る。

卵殻膜の実験結果 出典元:研究レポート「天然に存在する薄膜を発電装置の材料として活用する研究」

卵殻膜の実験結果

前田さんはバスケットボール部マネージャー、山村さんは書道部も兼部している。

それぞれの部活動と日頃の学習の合間を縫い、B&C同好会の研究に取り組んだ。

Intel ISEFへの出場権獲得後も、専門用語を駆使する英語での資料作りや発表練習に四苦八苦したという。

リーダーを務めた前田さんは「こんなに集中して1つのことに取り組んだのはいい経験。つらい時もあったけど、自分なりの乗り越え方を見つけられた」と成長を実感している。

地方という逆境に負けない研究環境

2人が研究に励む鳥取県米子市は、大阪市までも車で片道3時間以上かかる地方都市だ。

大都市圏での開催が多い学会は、見学だけでも“遠征”となり費用がかさむ。

基本的に通信販売で購入する試薬なども、到着まで時間が掛かるという。

鳥取県米子市の位置 出典元:白地図専門店

しかし、逆境ばかりだったわけではない。

以前から同好会の研究に注目していた、卵を扱う大手食品メーカー・キューピー(東京都)が技術面で、卵殻膜を使う都内の化粧品メーカーも資金面で援助。

「研究環境には、都会よりも恵まれているかもしれない」(山村さん)というほど、充実した設備で実験に臨めた。

前田さんも「学会で遠くに行けたのは楽しかった」と、逆境を楽しむ若者らしい無邪気さをのぞかせた。

薄膜の燃料電池による赤色LEDの点灯 出典元:研究レポート「天然に存在する薄膜を発電装置の材料として活用する研究」

薄膜の燃料電池による赤色LEDの点灯

実用化の課題は「出力」

実用化への最大の課題は、燃料電池の出力だ。

現在、ナフィオン膜の発電が1平方cmあたり10kWに対し、卵殻膜は約10分の1に留まるという。

高出力を可能にする研究は、後輩たちに託すことになる。

提供:国立米子工業高等専門学校

山村さんは「ここまで自分たちの研究が認められてうれしかった」と満足げ。

「夢とか全然なくて、ただ勉強を頑張っていただけだった」という前田さんも、「いろんな学会に行くうちに、将来は大好きな地元で研究活動をしたいと思うようになった」と明るく話した。

2016年のIntel ISEFは77カ国から参加があり、日本からは過去最多の16組が出場。

米子高専のほか、千葉市立千葉高校の市毛貴大さんが機械工学部門で世界一となる最優秀賞1等、慶応義塾大学1年(横浜市立横浜サイエンスフロンティア高校出身)の藁科友朗さんが分子生物学部門優秀賞2等を受賞している。

画像出典元:研究レポート「天然に存在する薄膜を発電装置の材料として活用する研究」

【訂正】初掲載時、学生2人の写真について、撮影者をNPO法人日本サイエンスサービスとしていましたが、実際には国立米子工業高等専門学校でした。写真説明を修正し、画像を差し替えました。(2016年7月7日追記)

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Text by 漆舘たくみ

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