2021 Fiscal Year Annual Research Report
炭素を含まない固体化合物を還元剤に使用する新製鉄法
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19K12409
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
石川 信博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (00370312)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 義見 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50231014)
三井 正 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (90343863)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化物セラミックス / 窒素を含む有機物 / 酸化鉄還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は二酸化炭素の発生を大幅に削減する製鉄法を開発するための材料開発を行うことを目的として遂行してきた。本研究を着想したきっかけは、鉄鉱石の主成分である酸化鉄が炭素を含まない酸化物によって還元されることを透過電子顕微鏡(TEM)内その場観察法で見いだしたことであるが、窒化ホウ素を還元材代わりにすることでバルクでも容易に再現することができることを前年報告した。令和3年度は窒化ケイ素(Si3N4)を使用しても同様の現象を起こせることを確認した。いずれもアルゴン雰囲気中でおおむね1100℃以上に保持することでTEM内では真空中だった実験条件を大気圧にしても加熱するだけで鉄を作れることを確認した。この結果複数の炭素を含まない窒化物で酸化鉄を還元できることを確認したことになるのと、窒素を含む物質としてはアンモニアを還元剤とする製鉄法の研究もすでに行われており、窒素を含む物質ならば酸化鉄を還元する物質が他にも存在すると考えた。そこで窒素を含む有機物にも範囲を広げて同様の機能を持つ物質を探索した結果、蛋白質の一部にも同様の機能が存在することを見いだした。具体的には鶏卵の卵白（蛋白質が主成分の１種）を使い酸化鉄と混合して加熱したところほぼ窒化ホウ素と同様の温度域で鉄の析出を確認した。その後複数の蛋白質について鉄を析出させることを確認することができた。なお蛋白質には炭素や水素といった従来から酸化鉄を還元することが知られている元素が含まれていることと、植物であればカーボンニュートラルが成立するが動物性蛋白質を使用することになるため、二酸化炭素の発生量の削減効果については今後詳細な研究の継続が必要である。特許申請の準備中で説明の詳細は控えるが、複数の蛋白質に鉄を作り出す能力が存在することを確認しており、バイオマス製鉄の新たな可能性を示すと期待できる。
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