July 26, 2006
こんなこともできる光触媒
光触媒コンテナ空輸のサクランボ販売会
− ＪＡ全農大消費地販売推進部 （７/５）
ＪＡ全農は日本航空（ＪＡＬ）と連携して光触媒コンテナ※（鮮度保持の新技術）を使用した空輸により輸送された北海道のＪＡおたる産サクランボの試食宣伝販売会を、丸井国分寺店地下「八百一」（国分寺市南町）で７月８日（土）、９日（日）に行う。なお、７月８日の午後１時から４時までは、ＪＡＬのキャビンアテンダントが店頭で販売する。
※光触媒とは、光が当たると化学反応を促進する物質。紫外線があたると酸化作用で、物質表面の有害物質やカビ、細菌などを分解する。ＪＡＬの光触媒コンテナは、生鮮物から発生し腐敗を促進するエチレンガスや浮遊菌を光触媒装置が分解し、輸送中でも生鮮品の鮮度が保たれる。
（２００６．７．５）
光触媒の応用
航空機や新聞紙に光触媒
用途面での最近のトピックスでユニークなのは航空機の座席や新聞紙に光触媒が使われたことである。こうした新用途が登場することで，光触媒の市場が一気に拡大する可能性がある。
ANAは国内線一般席（エコノミークラス）用に新シートを開発し，2005年10月より順次置き換えを始めると発表したが，CFRP（炭素繊維強化プラスチック）と光触媒を採用したのが特徴だという。光触媒を航空機の座席に使うのは世界で初めてだ。シートのカバーに，抗菌・消臭作用のある光触媒を加工することにより清潔感を保つのが目的である。
光触媒の酸化チタンをコーティングした新聞用紙を開発したのが，日本製紙である。従来の技術では光触媒反応により紙自体の品質が低下していたが，独自の技術で紙の劣化を低減することに成功した。太陽などの光（紫外線）が当たるところに置いておくだけで，臭気成分を分解し空気を浄化する。さらに，オフセット輪転印刷機による高速印刷に対応したでき，インキの着肉性も良好で美しい仕上がりを実現する，という。
光触媒基礎知識
光触媒基礎知識
光を照射することによって表面に酸化力が生じ，接触した有機化合物などを除去できる浄化機能を持つ材料を光触媒という。光触媒機能を持っている材料として実用化されているのは，今のところTiO2（二酸化チタン）だけである。
TiO2は金属酸化物半導体であり，バンドギャップを持っている。以下のような原理で反応が進む。（1）TiO2に光を照射する。TiO2はそのバンドギャップエネルギー以上の光を吸収すると，価電子帯の電子が伝導帯に励起され，価電子帯には正孔ができる。（2）生成した正孔は強い酸化力を持っており，水中にあるOH-（水酸化物イオン）から電子を引き抜く。電子を奪われたOH-は不安定なOHラジカルとなる。（3）こうしてできあがったOHラジカルは強力な酸化力を持っており，有機物から電子を奪い，安定になろうとする。その結果，電子を奪われた有機物は化学結合が切れて，最後は二酸化炭素や水となって大気中に発散していく。
TiO2のは3種の結晶構造を持っている。正方晶系のアナターゼ型（低温型）とルチル型（高温型），斜方晶型のブルッカイト型である。光触媒として使われるTiO2はほとんどアナターゼ型である。
TiO2そのものは，歯磨き粉，化粧品，塗料など向けの白色顔料として広く普及している工業材料である。工業的にはチタン鉄鉱を原料に量産されている。顔料向けのTiO2は粉末であるために，光触媒として使うには薄膜化する必要がある。光触媒薄膜の作成法としては，コーティング法，スパッタリング法，CVD（化学蒸着）法などがある。
光触媒の6大機能
光触媒の機能は以下の6つに大別され，その機能ごとに用途が開拓されている。
（1）防汚（セルフ・クリーニング）機能：
汚れは，様々な有機成分や油分にからなる。光触媒は材料の表面についた有機成分を酸化分解することによって汚れるのを防ぐことができる。酸化機能のほかに，TiO2は光照射によって親水性を持つことが知られており，この親水機能もセルフ・クリーニング機能に貢献していると考えられている。
用途としては，建物の外壁や窓ガラス，蛍光灯などのランプカバーなどにコーティングすることにより，自動車の排ガス，タバコ汚れ，脂汚れなどを自然に落とすことができる。
（2）抗菌・殺菌機能：
細菌は有機物でできていることから，光触媒の表面に接触してくる細菌を殺し，さらに死骸を分解することができる。光触媒が大腸菌や緑膿菌といった細菌の細胞膜を酸化・分解すると見られている。細胞膜を分解するという意味では，抗生物質も同様の原理で細菌を殺すが，抗生物質が耐性菌を作り出すのに対して，光触媒は原理的に耐性菌は生成しないと考えられている。
用途としては，タイル，トイレ，台所用品などのほか，カテーテルなどの医療器具に光触媒を塗布して感染防止に役立てようとする検討が進んでいる。
（3）防藻・防カビ機能；
細菌と同様に，藻やカビといった大きな生物も光触媒で分解できる。ただし成長してしまうと除去するだけの力は光触媒にはないために，初期の段階で分解する必要がある。カビや藻は胞子を産み出して繁殖するために，胞子が付着して発芽する前に分解することは可能である。
用途としては，藻やカビを防ぐためにスプレーや塗料，建材などむけに検討されている。
（4）大気浄化機能：
自動車の排ガスなどから排出される窒素酸化物（NOx），硫黄酸化物（SOx）といった大気汚染物質を光触媒によって除去し，大気をクリーンにする効果がある。
用途は，道路の遮音壁，工場の排気設備，建物の外壁など向けである。
（5）脱臭・空気浄化機能：
室内の空気中には，タバコ臭やトイレの臭いといった悪臭や有機揮発性有機化合物（VOC：Volatile Organic Compounds）などの有害物質が発生することがあるが，これらも光触媒によって分解できる。 消臭や脱臭にはこれまで活性炭が使われることが多かったが，定期的に交換する必要があった。光触媒製の脱臭材ならば光さえあれば半永久的に使うことができる。
用途としては，空気清浄機，エアコンなどの家電製品，壁紙やカーテンなどの内装材などがある。
（6）浄水機能：
ドライクリーニングや半導体製造工程で使われていたテトラクロロエチレンやトリハロメタンなどの有機塩素化合物は発がん性があるため現在は使用が禁止されている。しかし，地下水を汚染していることが分かり，除去する必要がある。光触媒はこれらの有機塩素化合物を分解除去する効果があり，きれいな水をつくることができる。
用途としては，浄水器や排水処理の装置，食器に検討されている。
July 24, 2006
死の海と化す「渤海」
天津市塘沽区の水産局漁政課の関係者は「魚の宝庫として有名だった渤海湾海域が、今では魚1匹見られない死の海と化してしまった」と話している。
汚染海域が2003年以来、引き続き拡大し、悪化の一途をたどっている。海水の水質汚染基準をオーバーしている面積が渤海全体の56％に達している。
渤海汚染の3大原因は生活用水、工業廃水、農薬・化学肥料だ。天津市海洋局が最近渤海に流れ込む15の汚水を調査した結果、15すべてが汚染基準を超えている。
このような状況は何も天津市に限ったことではない。遼寧、河北、山東省を含む計105の汚水区を通じて毎年28億トンの汚水と約70万トンの汚染物質が渤海に流れ込んでいる。
中国政府は2001年から「渤海碧海行動計画」という汚染防止プロジェクトに着手している。にもかかわらず状況が悪化しているのは関連する政府機関の間で権力争いがあるためだ、と環境専門家たちは指摘している。
July 16, 2006
環境浄化と光触媒
酸化チタンに、高いエネルギーをもつ光、つまり紫外線をあてると、電子と正孔が生成されます。これが水や酸素などと反応し、活性酸素や水酸ラジカル(・OH)を生成します。この活性酸素や水酸ラジカルは、非常に酸化性が高く有害化学物質などを分解します。
光触媒基礎知識
光触媒は、太陽や蛍光灯などの光があたると働き始める触媒です。光触媒は、光があたると表面に強い酸化作用が発生し、有害化合物や細菌などを分解するという強い作用をもっています。
光触媒の基本的な原理は、1972年に日本の科学者により発見されました。「水の電気分解」は、中学の理科実験でも習ったかと思いますが、水溶液中の陽極と陰極の電極に電気を流すと水が分解され、水素と酸素が発生します。これを、一方の電極に酸化チタンを用いることにより、電気を流さなくても光(紫外線)をあてるだけで水が分解されることを発見したのです。つまり、酸化チタンには光触媒作用があるということを見つけたのです。
同様に、1992年に酸化チタンを薄くコーティングする技術が開発され、蛍光灯の微弱な紫外線でも効果的に有機物が分解されることがわかりました。また、1997年に酸化チタンの表面が紫外線に誘起されると非常に水に馴染みやすくなり、表面に落とした水滴が一面に薄く広がるという超親水性を見いだしました。つまり、光触媒は日本発の技術なのです。
先端技術と古来の技術
壁面に水を流して冷却する発想は古くからありましたが、建物の壁にただ水を流すだけでは、水は筋になって流れ、建物全体に広がりません。従って、冷却のためには大量の水を流す必要があり、しかも水の温度以下にまで冷却することは困難です。
ところが、光触媒の超親水性を利用して水の薄膜をつくり、その水が蒸発するときに熱(気化熱)をうばうという方法をとれば、少量の水で効果的な冷却が可能になります。しかし、この方法を実現させるためには、いろいろと問題があります。外装建材の親水性を高め、同時に耐久性も高める必要があります。また、効率的な給水ができる散水システムの開発が必要でした。それらを解決しながらこれまでの実験では、室温を２〜４℃下げることに成功しています。試算では冷房による消費電力を10〜20%削減できる見込みです。
光触媒住宅の開発は、地球温暖化対策と都市のヒートアイランド対策の２つの効果をねらっています。特に、ヒートアイランドについては、これまで屋上緑化や高反射材、保水性舗装など屋上や路面に適用できる対策技術が開発されてきましたが、壁面などの垂直面や住宅屋根などに適用できる効果的な手段がありませんでした。光触媒を利用して、垂直面などを効果的に冷却できれば、ヒートアイランド緩和に非常に大きな効果が得られるのではと考えています。
さまざまな実験データをもとにシミュレーションをおこない、ヒートアイランド対策効果の検証を行っていきます。また、壁面からの輻射熱が、歩行者の熱中症の大きな原因となっていますが、光触媒を利用した「打ち水」技術によって、壁面を気温以下にまで冷却できれば、都市空間の熱環境緩和にとても有効と考えています。
光触媒で打ち水効果
みなさんは、夏の暑いときに玄関先など“打ち水”をしたら、周りが涼しくなったという経験がありませんか。その考えを利用して考案されたのが、光触媒技術を応用した“打ち水”光触媒住宅なのです。最近は、新聞紙上でも「地球温暖化」の文字がひんぱんに出てきます。石油や石炭などの燃料を多く使い二酸化炭素などのガスが増えたため、地球が暖かくなっているのです。また、アスファルトやコンクリートでおおわれた都会では、夏場のヒートアイランド(都市温暖化)現象も深刻化してきています。夏場の冷房による電気の使用をおさえ、クーラーなどからの暑い排気をおさえることは、地球温暖化とヒートアイランド現象の双方に効果があります。
“打ち水”光触媒住宅は環境にやさしいクーラーです。光触媒には、有害な化学物質を分解して除去するという機能と、表面に落とした水滴が一面に薄く広がるという超親水性の２つの機能をもっていますが、これは超親水性を利用したものです。光触媒がコーティングされた住宅の外壁に“打ち水”をすると、その水滴は薄く広がり膜状となって建物を覆います。そして、水が蒸発する時に熱をうばい建物を効率よく丸ごと冷却することができるのです。また、周りの大気からも熱をうばうため大気温度も下げる効果があります。都会のビルや住宅などに、この方法が用いられると、建物や周りの冷却効果だけでなく光触媒が持っているセルフクリーニング機能により、雨が汚れを落としてくれて建物がいつもきれいという一石三鳥の効果が期待できます。
July 14, 2006
太陽光発電
＜「光合成」発電・色素を使った新型の太陽光発電システムを開発し4―5年後に住宅向けに実用化＞
色素が太陽光を浴びて出す電子を利用して植物の光合成に近い仕組みで効率的に発電、従来のシリコンを使用したタイプに比べ施工費を入れても6割ほど安くなる。豊田中央研究所と共同で開発し、住宅などへの利用を見込む。新システム「色素増感型太陽電池」は、通常のシリコンを使った太陽電池に比べ、弱い光でも発電でき、高熱にも耐える。透明度や色調を調節できるため、住宅や車の窓へ使用も可能で、大理石のような模様を付けたり、鏡のような反射性を持たせることもできる。今後耐久性や温度による影響を調べ、実用化につなげる。色素増感型太陽電池は、次世代の発電システムとして注目されており、昨年9月に閉幕した愛知万博（愛・地球博）のトヨタ館でも展示された。
先日ご紹介した光触媒で太陽電池！いよいよ世界のトヨタが実用化に向けて開発研究中
July 11, 2006
無光型チタニア触媒のイメージ
１．どうして暗所でも効果があるのか？
都内及びＴＯＴＯ系（藤島博士理論）は、光触媒−イオン効果
新型チタニアは、強力な酸化還元反応
このイメージは、暗所でも金属腐食が生じるこれは分解作用です。
リンが自然発火するイメージをお考え下さい。このような作用で、基盤を痛めず悪臭等を分解して消臭します。
２．バインダーが無くてなぜ定着し、効果が持続するのか？
ナノテクノロジーにより、超微粉砕し、粒子の形状を均一にそろえているためです。また、セメントだけでは、壁に定着することができませんが、砂を混ぜると定着できます。この理論と同じです。
チタンが４本の脚が四方にでている状態ですが、当機関のチタンの形状は、線状で、網の目のようなつながりになります。そのために、透明感が出ます。ガラス透明性、光輝性効果が望めます。 ポリマー効果で定着します。
３．基盤を痛めないか？
チタニアが線状で、網の目のような形状になるため、吹き付けても重ね塗りしても空隙ができるため基盤を痛めません。しかし基盤の寿命を延ばすことはできません。持続効果は、基盤の消耗に順ずる。
光触媒から可視型光触媒そして空気触媒、リン酸化チタニア触媒、新型チタニア触媒が誕生しています。それぞれに特色があります。従いまして、使用目的、用途、期待する効果を検証して、溶剤を使い分けることが重要です。施工マニュアルもそれぞれに特色があります。データーも評価基準が統一されていませんので鵜呑みにできません。皆様方で、実証試験をしていくことが重要です。
それぞれの現場環境は、まちまちです。何を目的にするかで見極めてください。
光触媒の原理
�〇膤粟�を当てる
光触媒（二酸化チタン）に光（紫外線）が当たると、その表面から電子が飛び出します。このとき、電子が抜け出た穴は正孔（ホール）と呼ばれており、プラスの電荷を帯びています。
��OHラジカルの出現
正孔は強い酸化力をもち、水中にあるOH-（水酸化物イオン）などから電子を奪います。このとき、電子を奪われたOH−は非常に不安定な状態のOHラジカルになります。
�Ｍ�機物をバラバラに！
OHラジカルは強力な酸化力を持つために近くの有機物から電子を奪い、自分自身が安定になろうとします。この様にして電子を奪われた有機物は結合を分断され、最終的には二酸化炭素や水となり大気中に発散していきます。
光触媒で打ち水効果
日本では昔から、暑い日に「打ち水」をして涼をとる習慣がありました。最先端の光触媒技術により、この「打ち水効果」が新たな姿で万博会場によみがえります。休憩所の屋根とガラスには超親水性の光触媒がコーティングされ、その表面には薄い水の膜が広がります。この水が蒸発することで、休憩所が冷やされるのです。休憩所の利用者は屋根や窓ガラス表面を流れる水を見ながら、同時に表示される外気温度と屋根やガラスの表面温度を確認することで、光触媒の冷却効果を体感できます。
地球温暖化に貢献できる光触媒
新幹線に光触媒
＜空気洗浄技術の開発へ―光触媒を応用 新幹線に導入検討＞
JR東海は、光触媒技術を応用した汚れにくい窓ガラスや空気清浄器の開発を進め、新幹線への導入も検討する方針を明らかにした。このほど開発に成功したのは、表面に塗り付けた光触媒に紫外線が当たり、汚れが分解される仕組みの車窓用のガラス。光触媒を調整して塗料の表面を滑らかにし、汚れが付きにくくする工夫もした。きれいな車窓を保つことができる上、汚れを落とす研磨作業が不要になり、コスト削減や他分野への応用が見込める。高性能な光触媒フィルターも開発した。鉄道車両の空気清浄器に使えば、たばこの煙などを効率的に除去でき、車内の快適度が向上する。車窓用ガラス、空気清浄器とも、2007年に営業運転を始める新型新幹線車両N700系への導入を目指している。空気清浄器は一般車両での実証実験を、05年度中にも開始する。光触媒とは、光を吸収しそのエネルギーで他の物質に化学反応を起こさせる物質のこと。JR東海は02年、第１人者の藤嶋昭神奈川科学技術アカデミー理事長を社内研究機関の所長に迎え研究を始めた。藤嶋氏は「環境に優しい光触媒技術を多くの人に知ってもらいたい」と話している。
光触媒で太陽電池
色素増感型太陽電池は，色素によって光エネルギーを利用する点で光合成と似ている。電池に光が当たると電池中の色素が励起状態となり，電子を放出する（図の1）。この電子は酸化チタン（TiO2）を経由して透明電極に達し，外部に流れる（2）。一方，電子を放出して陽イオンになった色素は，もう片方の電極から供給される電子を，電解液中のヨウ素（I）を経由して受け取り，元の状態に戻る（3〜5）。
色素増感型太陽電池の大きな特徴の1つは色や形状の自由度が高いことである。利用する色素としてシアン，マゼンタ，黄色の三原色を利用して，赤や緑，青など実にさまざまな色の電池を用意できる。黒っぽい色のSi太陽電池では考えられなかった特性である。形状が四角いSi太陽電池と比べて，三角形や星型など，自由な形状に切り抜いた電池を作れることも色素増感型の利点。プラスチック基板を使えば曲がる電池も実現できる。Si太陽電池より大幅に軽くなる。
もう1つの大きな特徴は，安価に製造できること。Si太陽電池で必要な半導体製造装置のような大掛かりな設備が要らないためである。色素増感型は構造が単純なため，量産しやすいという。
色素増感型の課題は，Si太陽電池と比べて光電変換効率が低いことである。最高で20％を超えるSi太陽電池に対し，色素増感型太陽電池は高いものでも半分の10％程度である。しかも，色素の色を変えると効率は大きく変化する。大ざっぱにいえば，色や形状の自由度を高めれば高めるほど，効率は落ちる傾向がある。例えば曲げられる電池に用いるプラスチック基板を利用するタイプは，ガラス基板を使うものと比較して効率が下がる。プラスチック基板を用いた方が透明電極のシート抵抗が大きい，といった理由からである。
色素増感型太陽電池の原理自体は1970年代から知られていた。当時は色素が放出する電子をうまく取り込む技術が確立できなかったため，光電変換効率は0.1％程度と極めて低かった。こうした状況を打破したのがスイスEcole Polytechnique Federale de Lausanne （EPFL）のMichael Gratzel氏である。同氏が1991年に7％を超える光電変換効率を実現した色素増感型太陽電池の論文を発表したのを契機に，研究者の耳目が集まった。
光触媒で太陽電池
色素増感太陽電池は、従来のSi系太陽電池と比較して、1/10以下のｺｽﾄで作製可能な次世代の電池として期待される太陽電池である。
このように、光触媒が、地球温暖化防止に向けて貢献できます。
July 06, 2006
July 03, 2006
打ち水大作戦とは？
打ち水大作戦は、決められた時間にみんなでいっせいに水をまくことで、伝統的な「打ち水」の効果を科学的に検証しようとする、前代未聞、本邦初（もちろん世界初）の社会実験です。
2003年夏、電力不足の心配と深刻化するヒートアイランド現象に対抗するため、みんなの手で「都会の気温を２℃下げよう」と呼びかけとともに打ち水大作戦ははじまりました。
記念すべき第１回目の打ち水大作戦は、ちょうど江戸開府400周年、東京で開催したことから『大江戸打ち水大作戦』と名付けられました。
作戦決行日の８月25日(月)正午、実に34万人（電話調査による本部推定）が参加！新しい夏まつりが誕生した瞬間でした。
そしてその翌年の打ち水大作戦2004は8月18日(水)〜25日(水)までを打ち水週間とし、「風をおこそう！」を合い言葉に、その規模を全国に拡大。その結果、300万人以上が参加（調査協力：毎日新聞社）するという驚くべき広がりを見せました。
打ち水大作戦は、真夏の気温を下げるという科学的な効果のほかに様々な効果あります。
ひとつには気軽に楽しく参加できることで、多くの人の『環境問題に対する意識啓発』や、『ライフスタイル、伝統文化の見直し』の機会となっています。
また参加するひとりひとりが自分の住むあるいは働く地域で参加することで、現代社会において疎遠になりがちなお隣さん同士の会話が生まれ、『コミュニティ再生』のきっかけともなっています。
さらに打ち水大作戦には「水道水はご法度」というルールがあります。
水の二次利用を最も大事な基本原則とし、打ち水には、雨水やお風呂の残り湯、エアコンの室外機にたまった水などを使用することを呼びかけることで、生活の中での『水の再利用』を促しています。ぜひ、打ち水するときには気をつけてくださいね。
「暑い日は打ち水しよう！みんなで真夏の気温を2℃さげよう！」
July 02, 2006
打ち水大作戦
打ち水大作戦の二次利用水を使うのが基本的にルールですが、
それは以下にあげるような水を想定しています。
＜個人、一般家庭での参加の場合＞
お風呂、シャワーの残り水、エアコンの室外機から出る水、雨水、台所のすすぎの残り水、
米のとぎ汁、二層式洗濯器のすすぎ水、雑巾がけのすすぎ水、子供用プールの残り水....
＜商店街、地域、団体での参加の場合＞
上記の他、製氷機の期限切れの水、氷、井戸水(飲料水でないもの)、浴場施設(銭湯など)の残り水、
近隣の公共施設、幼稚園、保育園、学校、スポーツ施設などのプールの水など、
水のある公園(池、噴水など)の水、川の水、池の水...
＜イベント会場に参加の場合＞
上記の他、下水処理(再生)水...
※もちろん上記の内、使う水によっては特別な許可を得る必要があると思いますが、
ぜひ、打ち水打大作戦の参加する前に調べておいてくださいませ。
それから、もし下水処理場が家の近くにあるような場合には、
処理場の職員の方に再生水を分けてもらえないか、相談してみてください。
こういう交流も打ち水ならではのきっかけですよね！