「元素間融合」が産業に与えるインパクト

──ところで、テクネチウムというのはどのような用途に使えるんですか。

北川宏（きたがわ・ひろし）
京都大学教授・博士（理学）。昭和36年12月5日生まれ。1991年3月京都大学大学院理学研究科博士後期課程単位取得退学。1991年4月岡崎国立共同研究機構（現自然科学研究機構）分子科学研究所に着任、助手として分子素子研究に従事。1992年3月「ペロブスカイト型混合原子価錯体の研究」にて博士（理学）京都大学、1993年英国王立研究所客員研究員、1994年4月北陸先端科学技術大学院大学材料科学研究科助手、2000年1月筑波大学化学系助教授、2003年5月九州大学大学院理学研究院教授。2005年から2012年まで科学技術振興機構科学技術振興調整費研究領域主幹、2005年から2008年まで九州大学総長特別補佐（構造改革担当）、2009年4月京都大学大学院理学研究科教授に就任、2013年第5回化学サミット議長（テーマは元素有効利用）。現在、文部科学省研究振興局科学官、南京大学併任教授。4月から京都大学理事補（研究担当）。日本化学会学術賞、井上学術賞、マルコ・ポーロイタリア科学賞などを受賞。原著論文200報余。

北川テクネチウムは放射性同位体なので、現在はイメージング材など医療用として使われています。原子炉で生産したものを使っていて、全量輸入だと聞いています。医療用であって、産業用の材料としては使われていません。
人工テクネチウムの使い道として、僕は「効率的な新しいエネルギーの創出」に役立つのではないかと考えています。
アンモニアというのは室温で8気圧をかけるだけで簡単に液体になりますから、持ち運びは簡単なんです。アンモニアは水素をたくさん含んでいますので、ハーバーボッシュ法の逆を使えば、アンモニアから水素を取り出すことができます。
アンモニアの合成触媒には鉄を使うのが普通ですが、最近は鉄よりもルテニウムのほうが性能がいいと言われています。実は、面白いことにテクネチウムにも触媒に関する論文が1つだけあって、ロシアの人が原子炉でテクネチウムの実験をやっていて、「テクネチウムはアンモニア合成の触媒活性が高い」と書いてあるんです。

中山へぇー！原子炉の中で触媒の実験をやっていた人がいたんだ。そのことも驚きですね。

北川天然テクネチウムの同位体の多くは短寿命で、地球上に安定には存在できないけれど、もし、モリブデンとルテニウムを混ぜて、人工のテクネチウムをつくることができれば、アンモニアから水素エネルギーを取り出すうえで、非常に効率の良い触媒になる可能性が高いと思うんです。

中山天然のテクネチウムは不安定ですが、人工的につくると安定して使えるかもしれないということですね。

北川そうです。だから、これは代替ではなく新しい機能創出です。

3つの元素、4つの元素の組み合わせは？

──元素間融合というのは、元素を選ばないのですか？周期表のどの元素同士でも、中間の元素をつくることを狙えるのでしょうか？

北川難易度があります。たとえば、これまで「元素間融合」で成功してきたルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀などは、いずれも周期表の真ん中あたりにありましたね。それに対して、たとえば周期表の左側にあるナトリウム、カリウムなどはアルカリ金属と呼ばれている元素で、プラスイオンにはなるけれどもマイナスイオンにはならないので還元されにくく、化学プロセスで混ぜるのが難しくなります。レアアース（希土類）も同じ理由で混ぜるのが難しく、報告例はほとんどありません。だけど、ふつうの遷移金属の元素に数％だけレアアースを混ぜると触媒性能がぐっと上がるという報告もあるんですよ。ですから、レアアースを混ぜることに誰もトライしないようなら、そこにチャレンジしてみるのも1つの手かなと思っています。昔、冗談でセシウムとタンタルを混ぜたり、バリウムとタングステンを混ぜたら、中間の希土類元素ができるかもしれないと思ったこともあります（笑）。

──人工ネオジム、人工ジスプロシウムができるということですね。ところで、「元素間融合」というとき、現在は2つの元素で真ん中の元素を人工的につくり出しているわけですが、3つの元素で試すということは可能なのでしょうか？

北川よく質問されます。でも3つの元素を扱うと、もはや無限のように組合せが出てきてしまい、それこそ混乱して収拾がつかなくなります。だから、まず2元素で重要なところから始めています。重要というのは、産業が必要としているという意味で重要で、しかもそれを実現することで値段が下がるといった意味です。2元素の元素間融合を重ねていく中でさまざまな知見が得られていき、一定程度のライブラリーができてくれば、指導原理も解明され、2元素から3元素へ、さらに4元素へということも可能になるかと思います。ただ、まだまだその時期ではないと思います。

中山混ぜるというのは考えている以上に難しいことで、これまで化学コンビナートなどで使われていた触媒などは、金属の表面に触媒を塗って、還元して反応させているといったレベルで、通常はきちんとは混ざってはいないですよね。完全に混ぜるだけでどれだけ性能が上がるのかと想像すると、その技術を高める意味がよくわかります。

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