太陽光励起紫外レーザーによる高効率バイオエタノール生成技術に関する研究

• 研究課題/領域番号: 24686108
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 小川 貴代 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 研究員 (80506717)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 22,230千円 (直接経費: 17,100千円、間接経費: 5,130千円); 2014年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2013年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2012年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: 太陽光励起レーザー / 再生可能エネルギー / バイオマス / 太陽光利用 / 紫外線レーザー / レーザーアブレーション / エネルギーシステム

研究成果の概要

近年、太陽光発電をはじめ、様々な自然エネルギーが検討されている。本研究では、太陽光から蓄積型エネルギーを得るための手段として太陽光励起レーザーに着目した。紫外線レーザーを木質系バイオマスの前処理に用いることにより、低コスト・高効率なバイオエタノール生成を目指す。
我々は太陽光を高効率で吸収する新規レーザー結晶の開発に成功し、太陽の放射強度が高い紫外～緑色領域で、従来結晶の70倍以上の吸収量を達成した。
またバイオマスへの紫外線レーザー照射によるアブレーション効果について、バイオマスと照光との相互作用と照射条件を詳細に検討し、エタノール生成効率を未照射時に比べ約30%向上させることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] High-Power Diode-Pumped Mode-Locked Yb:YAG Ceramic Laser (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakamura, Y. Hikita, H. Sone, T. Ogawa, S. Wada
  • 雑誌名: Optical Review 巻: 21 号: 3 ページ: 401-403
  • DOI: 10.1007/s10043-014-0062-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Nd,Cr co-doped laser materials for solar-pumped lasers (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa, S. Wada, M. Higuchi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 8S2 ページ: 08MG03-08MG03
  • DOI: 10.7567/jjap.53.08mg03
  • NAID: 210000144368
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Float zone growth and spectral properties of Cr,Nd:CaYAlO4 single crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ueda, M. Higuchi, D. Yamada, S. Namiki, T. Ogawa, S. Wada, K. Tadanaga
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 404 ページ: 152-156
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2014.07.027
  • NAID: 120005510945
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Nd,Cr co-doped laser materials for solar-pumped lasers (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa, S. Wada, M. Higuchi
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8959 ページ: 89591J-89591J
  • DOI: 10.1117/12.2041649
  • NAID: 210000144368
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 太陽光励起レーザー用レーザー結晶の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小川貴代、和田智之、樋口幹雄
  • 雑誌名: 光技術コンタクト 巻: 5 ページ: 5-8
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optical Properties and Laser Performance of Yb-Doped Vanadates Grown by Floating Zone Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinki Nakamura, Taishi Agata, Takayo Ogawa, Satoshi Wada, Mikio Higuchi
  • 雑誌名: Optical Review 巻: 20 ページ: 390-394
  • NAID: 10031199890
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on propagation features of a Gaussian probe beam in a multiple lens-like rod system (2013)
  • 著者名/発表者名: You Wang, Hirofumi Kan, Takayo Ogawa, Satoshi Wada
  • 雑誌名: Optik 巻: 124 ページ: 2298-2304
  • 査読あり
• [雑誌論文] 革新的エネルギー利用のための高効率太陽励起レーザーの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小川貴代、和田智之、樋口幹雄
  • 雑誌名: OHM 巻: 4 ページ: 2-3
• [雑誌論文] 新しいCr,Nd共ドープ単結晶材料の開発 高効率太陽光励起レーザーの実現を目指して (2013)
  • 著者名/発表者名: 樋口幹雄、小川貴代、和田智之
  • 雑誌名: 光アライアンス 巻: 24 ページ: 6-9
• [雑誌論文] 太陽光励起Nd, Cr共添加レーザーの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 和田智之, 小川貴代
  • 雑誌名: OplusE 巻: 35 ページ: 183-186
• [雑誌論文] 太陽光励起レーザーの開発とそのエネルギー応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小川貴代, 和田智之, 樋口幹雄
  • 雑誌名: オプトロニクス 巻: 374 ページ: 103-107
• [学会発表] 光制御技術を用いた再生可能エネルギーの生成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 和田智之、小川貴代、藤井克司
  • 学会等名: 理研シンポジウム 第4回明るい未来の光熱エネルギー
  • 発表場所: 理化学研究所、和光市
  • 年月日: 2016-01-08
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽光励起レーザーのためのCr,Yb:Y3Ga5O12単結晶の育成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 生田目大輔、樋口幹雄、小川貴代、和田智之、忠永清治
  • 学会等名: 日本結晶成長学会 第45回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 北海道大学、札幌市
  • 年月日: 2015-10-21
• [学会発表] 超短パルスレーザーのためのYb:CaYAlO4単結晶の育成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田萌、樋口幹雄、小川貴代、和田智之、忠永清治
  • 学会等名: 日本結晶成長学会 第45回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 北海道大学、札幌市
  • 年月日: 2015-10-21
• [学会発表] 浮遊帯溶融法によるCr,Yb:Y3Ga5O12 単結晶の育成とその分光学的性質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 生田目大輔、樋口幹雄、小川貴代、和田智之、忠永清治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学、富山市
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Optical properties of Nd,Cr-codoped crystals for solar-pumped lasers (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayo Ogawa, Satoshi Wada, Mikio Higuchi
  • 学会等名: The 23th Annual International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT’15)
  • 発表場所: Universidade do Algarve, Faro, Portugal
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] 浮遊帯溶融法による Yb:CaYAlO4単結晶の育成とその分光学的性質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成田萌、樋口幹雄、小川貴代、和田智之、忠永清治
  • 学会等名: 日本化学会北海道支部2015年夏季研究発表会
  • 発表場所: 北海道教育大学函館校、函館市
  • 年月日: 2015-07-18
• [学会発表] Characterizaation of Nd,Cr-codoped YVO4 crystals for solar-pumped lasers (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa, S. Wada, M. Higuchi
  • 学会等名: Light, Energy and the Environment Congress 2014
  • 発表場所: Energy Change Institute, Australian National University, Canberra, Australia
  • 年月日: 2014-12-04
• [学会発表] 新機能レーザー開発に向けた希土類添加レーザー結晶の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小川貴代、和田智之、樋口幹雄
  • 学会等名: 理研シンポジウム 第2回「光量子工学研究」
  • 発表場所: 仙台市情報・産業プラザ（AER）、仙台市
  • 年月日: 2014-11-25
• [学会発表] Development of Efficient Solar-pumped Laser for Renewable Energy Source (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ogawa, S. Wada, M. Higuchi
  • 学会等名: CIMTEC2014, 13th International Ceramics Congress
  • 発表場所: Palazzo Dei Congressi, Montecatini Terme, Italy
  • 年月日: 2014-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽光励起Nd, Cr共添加レーザーの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 和田智之, 小川貴代, 樋口幹雄
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第33回年次大会
  • 発表場所: 兵庫県姫路市(招待講演)
  • 年月日: 2013-01-30
• [学会発表] 浮遊帯溶融法によるCr, Nd : YVO4単結晶の育成とその評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 清原一樹, 樋口幹雄, 小川貴代, 和田智之, 高橋順一
  • 学会等名: 第42回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 福岡県春日市
  • 年月日: 2012-11-09
• [学会発表] 太陽光励起レーザーを指向したCr, Nd : CaYA1O4単結晶のFZ育成とその分光学的性質 (2012)
  • 著者名/発表者名: 樋口幹雄, 山田大貴, 植田あき, 小川貴代, 和田智之, 高橋順一
  • 学会等名: 第42回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 福岡県春日市
  • 年月日: 2012-11-09
• [学会発表] 革新的自然エネルギー利用のための高効率太陽光励起レーザーの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小川貴代
  • 学会等名: 第11回産官学連携推進会議
  • 発表場所: 東京都中央区
  • 年月日: 2012-09-28
• [学会発表] 太陽光励起レーザーを目指した新規クロムドーブ結晶の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 樋口幹雄, 清原一樹, 山田大貴, 高橋順一, 小川貴代, 和田智之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] 浮遊帯溶融法によるCr, Nd : CaYA1O4単結晶の育成とその分光学的特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田大貴, 樋口幹雄, 小川貴代, 和田智之, 高橋順一
  • 学会等名: 日本化学会北海道支部夏季研究発表会
  • 発表場所: 北海道旭川市
  • 年月日: 2012-08-04
• [学会発表] Laser Performance of Yb-doped Vanadates Grown by Floating Zone Method
  • 著者名/発表者名: Sinki Nakamura, Taishi Agata, Takayo Ogawa, Mikio Higuchi, Satoshi Wada
  • 学会等名: Advanced Solid-state Lasers
  • 発表場所: Paris Marriott Rive Gauche Hotel and Convention Center, Paris, France
• [学会発表] Development of Efficient Solar-Pumped Laser for Renewable Energy Creation
  • 著者名/発表者名: Takayo Ogawa, Satoshi Wada, Mikio Higuchi
  • 学会等名: 18th Micro-optics Conference
  • 発表場所: Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 新機能レーザーのためのマテリアル開発
  • 著者名/発表者名: 小川貴代、和田智之、樋口幹雄
  • 学会等名: レーザー学会第454回研究会
  • 発表場所: 岡山国際交流センター、岡山市
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽光励起レーザー用Nd,Cr共添加結晶の光学特性評価
  • 著者名/発表者名: 小川貴代、和田智之、樋口幹雄
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第34回年次大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場、北九州市、福岡県
• [学会発表] Development of Nd,Cr co-doped laser materials for solar-pumped lasers
  • 著者名/発表者名: Takayo Ogawa, Satoshi Wada, Mikio Higuchi
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2014
  • 発表場所: The Moscone Center, San Francisco, USA
• [産業財産権] レーザー媒質、レーザー発振装置およびレーザー発振方法 (2012)
  • 発明者名: 樋口幹雄、山田大貴、小川貴代、和田智之、並木翔
  • 権利者名: 樋口幹雄、山田大貴、小川貴代、和田智之、並木翔
  • 産業財産権番号: 2012-148655
  • 出願年月日: 2012-07-02