東北大など、海洋・畜産廃棄物から電池用触媒を合成

東北大学・材料科学高等研究所などの研究チームでは、産業廃棄物であるホヤ殻と畜産業から出る廃棄血液を混合・焼成することで得た「ナノ血炭」は、白金炭素触媒などのレアメタルを用いた電極触媒に匹敵する性能を示すことを見出した。

・ホヤ殻に含まれるセルロースナノファイバー（CNF）の炭化による炭素と血液中に含まれる鉄・窒素・リンなどが複合化された「ナノ血炭」を初めて合成。

・炭素の導電性とヘテロ元素の触媒活性により、レアメタルを用いた電極触媒に迫る酸素還元反応・酸素発生反応触媒活性を持つ両性電極触媒を実現。

・三陸地域の課題となっていた産業廃棄物の活用と、エネルギー循環社会に資する次世代エネルギーデバイス用高性能触媒材料の合成によりSDGsに貢献。

【概要】
日本では古来から炭に動物の血液をかけて焼成した「血炭」が漂白剤などとして用いられてきました。

これは、炭素が持つ吸着機能と、焼成時に複合化されたヘム鉄などの血液由来のヘテロ元素成分がもたらす触媒作用を活かしたものです。

また、ヘテロ元素を導入した炭素材料はリチウム空気電池などに代表される金属空気二次電池の白金やイリジウム酸化物に代わる電極触媒として期待されています。

東北大学材料科学高等研究所の藪浩准教授（ジュニア PI、東北大学ディスティングイッシュトリサーチャー、同多元物質科学研究所兼任）、北海道大学、宮城大学、および東北大学発ベンチャーであるAZUL Energy（株）からなる研究グループは、

産業廃棄物であるホヤ殻中のセルロースナノファイバー（CNF）を炭化すると品質の良い炭素となり、畜産業から出る廃棄血液中にはヘム鉄や窒素・リンなどの元素が含まれていることに着目し、これらを混合・焼成することで様々なヘテロ元素が導入されたナノサイズの「ナノ血炭」が合成できることを実証しました（図1）。

さらに、得られたナノ血炭は白金炭素触媒などのレアメタルを用いた電極触媒に匹敵する性能を示すことを見出しました。

本成果は、処理に困っていた産業廃棄物を、次世代エネルギーデバイスとして期待される燃料電池、金属空気電池やグリーン水素を製造するための水電解システム用電極触媒などへ応用して活用する技術として期待されます。