バイオエタノールからブタジエンを高効率で生成する触媒システムを短期間で開発――インフォマティクスを活用し開発期間を短縮 横浜ゴムなど

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新開発の技術により生成したブタジエンを用いて合成したブタジエンゴム

横浜ゴムは2019年7月22日、産業技術総合研究所および先端素材高速開発技術研究組合と共同で、バイオエタノールからブタジエンを効率良く生成する触媒システムを、インフォマティクス(情報科学)を活用して開発したと発表した。

この開発は、新エネルギー・産業技術総合開発機構の「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト(超超PJ)」の委託事業として実施したものだ。超超PJは、計算科学やAIを積極的に活用することで、従来の材料開発の開発期間を20分の1に短縮することを目指している。

今回の開発では、超超PJで推進する「計算科学技術」「プロセス技術」および「先端計測技術」の3つのアプローチによる研究を進めた。

まず、バイオエタノールからブタジエンをより多く生成できる金属酸化触媒を探索するために、計算科学技術を活用して、AIによる量子化学計算による一次スクリーニングを実施した。さらに、ブタジエン生成のための複数のプロセスにおける反応を綿密に計算し、特定の金属酸化物の組み合わせが最適であることを導き出した。

また、プロセス技術、先端計測技術によって、それらの最適な配合状態や反応条件を探索するための複数条件下で試験する迅速触媒評価と、それぞれの反応性を高速に計測するハイスループット実験を実施した。その結果、活性成分の触媒用担体における分布や量などの触媒調製条件や、温度などの反応条件に関する最適解が得られた。

横浜ゴムによると、今回開発した触媒システムは同反応における世界最高の生産性を有しており、極めて短期間で優れた触媒システムを発見できたという。また、触媒開発におけるインフォマティクスの有用性も証明されたとしている。

今回の開発によってバイオマスからの生産技術が確立することで、石油への依存度低減やサスティナブルな原料調達の促進が期待できるという。今後は、より高度なAI技術による計算科学をベースとしたキャタリストインフォマティクスの基盤を構築するとともに、多検体高速同時評価と高速計測技術を連携させたハイスループット実験を通して、2030年にバイオマス由来の合成ゴムの実用化を目指す。

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