炭素触媒でエネルギー革命！燃料電池で資源枯渇のない水素社会の実現へ

#DeepTech Prize

林田健志

筑波大学 / 北海道大学、博士後期課程2年

支援総額: 202,400 円

目標金額: 800,000 円

達成率

25 %

サポーター

15 人

残り時間

51 日

プロジェクトの支援に進む

挑戦者の自己紹介

初めまして。筑波大学博士後期課程2年の林田健志（はやしだけんじ）と申します！

学部から現在まで、燃料電池というデバイスの研究をしています。燃料電池は、CO2を排出せずに電気を供給できます。また、水由来の水素と空気中の酸素という豊富な資源が動力源です。私の目標はこの燃料電池の性能を、安価な材料で高めることです。

CO2排出を減らすことは世界の共通課題ですが、それ以上に化石燃料の枯渇によるエネルギー不足は深刻です。エネルギー不足は貧困だけでなく、資源を巡る争いへと発展する可能性があります。30年後に資源枯渇による被害のない社会を実現し、発展した社会を笑顔で暮らせるよう、この課題に挑みます！

あなたが研究を通して成し遂げたいことはなんですか？

私の目標は、再生可能エネルギーから生成される水素を燃料として活用した、クリーンで枯渇の心配がないエネルギーシステムを構築することです。その鍵となるのは、水素と酸素を燃料に電力を得る「燃料電池」の普及です。

燃料電池には「触媒」と呼ばれる材料が不可欠です。この触媒の性能が燃料電池のパワーを決めます。現在、この触媒には高価な白金が使われ、触媒だけで1MJあたりのエネルギーに対して100万円ほどの高コストがかかり、このコストが大規模普及を妨げています。私はこの問題に対処するため、白金の1/300の価格かつ、耐久性も勝る炭素で新たな触媒の材料開発に取り組んでいます。

2030年には水素がガソリンよりも安価な燃料になると予測されています。これにより、物流、公共交通機関、自家用車の燃料費が削減され、私たちの生活水準も向上するでしょう。

私はこの研究を通じて、枯渇しない水素を用いた新たなエネルギー革命の実現をさせたいです。そして、30年後の世界がエネルギーに溢れ、さらなる発展を遂げた社会を構築できることを目標にしています。

どのようなアプローチで実現しようとしていますか？

私たちは燃料電池の触媒を炭素材料で実現するために、その課題である性能が発揮されにくい原因に着目しています。

従来の「とりあえず作ってみる」スタイルから脱却し、表面科学の厳密な実験データに基づく原理の解明に重点を置き、この分析結果を触媒設計に反映させます。これにより、従来の触媒開発では成しえなかった高性能ながらも大量生産に適した炭素触媒の設計が可能になります。これまでの研究では、窒素やリンなどの元素を炭素原子の一部と置き換えることで性能を引き出せることがわかりました。

燃料電池の電力は「電圧×電流」です。今回のプロジェクトでは、2つのチームでそれぞれ「高電圧の獲得」と「大電流の実現」を目指し、課題を分担して取り組みます。これにより、両者の成果を統合し実用化に達する高性能な炭素触媒設計を目指します。

触媒作製が成功した後は、現在原料を購入している企業に触媒の製造を委託します。さらに完成した触媒をデバイスに組み込む作業も外部に委託することで、製造プロセスを効率化します。最終製品は私たちから燃料電池メーカー等へ直接販売し、安価で高性能な燃料電池用の炭素触媒を市場に普及させたいと考えています。

今回のプロジェクトで行う研究テーマはなんですか？

燃料電池では高い電圧と大きな電流を得るために、異なる課題を同時に解決する必要があります。私たちはこの課題を克服するため、2つの研究を連携させ、実用化に達する高性能な炭素触媒の作製を目指します。

1. 酸素分子の吸着の強さと触媒性能（電圧）の関係性解明
触媒への酸素分子の吸着の強さが性能に影響を与えるとされていますが、どのようなミクロ構造が、その吸着の強さや触媒性能に影響するかは十分に解明されていません。そこで表面科学の手法を用いて、ミクロ構造とエネルギー準位を観察し、酸素分子の吸着の強さとの関係を見ていきます。本研究により、触媒性能の向上に必要な要素を明らかにし、原子レベルでの高性能な触媒設計を実現します。

2. マクロ構造制御による触媒性能（電流）の向上
1の成果をもとにミクロ構造を最適化し、さらにより大きなマクロ構造を調整することで、発電性能の向上を目指します。炭素触媒では電流値が十分に出ないことが課題です。その原因は、触媒内部での反応物の移動が阻害されるためです。本研究では、性能の測定と分光分析を組み合わせて、触媒内部の反応物移動メカニズムを実験的に解明し、電流値を向上するために必要なマクロ構造の設計指針を確立します。

研究費サポートのお願い

化石燃料の枯渇やカーボンニュートラルの達成が急務とされる現在、水素を基盤としたエネルギー革命は不可欠です。しかし、燃料電池に必要な白金は貴重であり、価格や資源面から広範な普及が難しいです。このため、数十年後を見据えると、安価で資源リスクの少ない炭素材料での代替が必須となります。

本プロジェクトは、水素燃料による石油以来のエネルギー革命を目指します。この挑戦的な研究で、再エネと燃料電池技術の組み合わせによる、循環するエネルギーシステムの完成に貢献します。

皆様からのご支援は、実用試験の測定や市場調査の費用に充てさせていただきます。市場調査では、販売可能な触媒に求められる具体的な性能を明らかにし、実用試験測定から現状の触媒を普及するために足りない要素を特定します。これらの調査と私たちの研究成果で、高性能で安価な炭素触媒を実現します。

本研究の成功は、エネルギー問題の解決だけでなく、日本が省エネに続く新エネの分野で世界をリードするきっかけにもなります。資源に乏しい日本にとって、新たなエネルギー環境の構築は急務です。世界共通のエネルギー問題解決に向けて、どうかご支援をお願いします。

研究計画

時期	計画
2025年4月	価格競争のための市場調査
2025年5月	依頼測定による現状の触媒の発電試験
2025年9月	ドイツのグループと、高性能な炭素触媒の作製に向けた共同研究
2026年9月	安価で高性能な炭素触媒の完成
2026年10月	発電試験による性能確認と調整
2028年4月	炭素触媒の商品化

リターンの説明

リターンの金額に加え、追加支援をすることができます。追加支援分には消費税がかかりません。

1,100 円（税込）

注目のリターン : お礼のメッセージ

メールでお礼のメッセージをお送りします。
このリターン実施は2026年3月を予定しています。

リターン内容

お礼のメッセージ

リターン	実施予定日
博士論文の謝辞にお名前掲載	2026年03月
研究報告レポートにお名前掲載	2026年03月

炭素触媒でエネルギー革命！燃料電池で資源枯渇のない水素社会の実現へ

挑戦者の自己紹介

あなたが研究を通して成し遂げたいことはなんですか？

どのようなアプローチで実現しようとしていますか？

今回のプロジェクトで行う研究テーマはなんですか？

研究費サポートのお願い

推薦者コメント

武安光太郎

中村 潤児

研究計画

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