発表のポイント

• バイオマスから製造でき水素（H₂）を高密度に貯蔵できる多価アルコール^（注1）を、液体有機水素キャリア（LOHC）^（注2）として実証しました。
• 貴金属に比べ安価で資源豊富な鉄イオンとパン酵母を活用した、持続可能な資源からのグリーンH₂^（注3）製造・貯蔵サイクルを実証しました。
• 本サイクルは、H₂供給コストの大幅な削減と地域分散型のH₂製造・貯蔵を可能にすることが期待でき、脱炭素社会の実現に貢献できます。

概要

H₂は、脱炭素社会の実現に向けたエネルギー源であり、LOHCは、既存の石油化学インフラを活用したH₂の貯蔵・輸送を可能にする技術として注目されています。中でもアルコールは、バイオマスから製造でき、200℃以下の温和な条件でH₂を放出できます。しかし、従来提案されてきたイソプロピルアルコール（IPA）などの1価アルコールは、H₂貯蔵容量に限界がありました。

東北大学 多元物質科学研究所の岡 弘樹 准教授と笠井 均 教授、同大学院工学研究科 バイオ工学専攻の市村 拓弥 大学院生、北海道大学 大学院理学研究院 化学部門 堤 拓朗 助教（研究当時）と佐田 和己 特任教授、九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 松本 崇弘 准教授らの共同研究チームは、多価アルコールに着目し、高密度かつ温和な条件でH₂を貯蔵・放出できるLOHCとして実証しました。また、従来触媒に比べ圧倒的に安価で資源豊富な鉄イオンとパン酵母を活用した、多価アルコールへのH₂貯蔵・放出法を見出し、持続可能なH₂製造・貯蔵サイクルを実証しました。本サイクルは、H₂供給コストの大幅な削減と地域分散型のH₂製造・貯蔵を可能にすることが期待でき、脱炭素社会の実現に貢献できます。

本研究成果は、2026年8月24日付けで、材料科学の専門誌Journal of Materials Chemistry Aに掲載されました。

研究の背景

H₂は、脱炭素社会の実現に向けたクリーンエネルギー源の有力候補です。一方で、製造されるH₂の96%は化石資源に由来し、CO₂排出を伴います。また、現行の高圧H₂または液体水素によるH₂貯蔵・輸送には、高圧または極低温条件が必要であり、危険も伴います。そのため、水など持続可能な資源からのグリーンH₂の製造法とH₂の安全な貯蔵・輸送法の確立が課題となっています。

LOHCは、常温・常圧下で共有結合を介してH₂を安全に貯蔵できる有機化合物であり、LOHC自体は既存の石油化学インフラを利用して輸送できるため、有望なH₂貯蔵・輸送法です。中でもアルコールは、我が国において資源豊富なバイオマスから製造でき、従来提案されてきたLOHC（例えば、メチルシクロヘキサン/トルエン）に比べ温和な条件（200℃以下）でH₂を放出できるため、環境適合なLOHCとして注目されています。しかし、従来提案されてきた1価アルコール（H₂貯蔵体）/1価ケトン（H₂受容体）は、H₂貯蔵容量に限界（例えば、イソプロピルアルコール/アセトン: 3.3 wt%）がありました。

今回の取り組み

本研究では、図1左に示すように、1価アルコール/1価ケトンの温和な条件でH₂を放出できる性質を維持しつつ、より高密度にH₂を貯蔵できるLOHCとして、多価アルコール/多価ケトンを実証しました。さらに、図1右に示すように、鉄イオン（光触媒^（注4））とパン酵母（生体触媒^（注5））を活用したH₂貯蔵・放出法を見出したことで、多価アルコール/多価ケトンをLOHCとした持続可能なグリーンH₂製造・貯蔵サイクルを概念実証しました。

図2に示すように、多価ケトンは、常温・常圧下、水中においてパン酵母とともに撹拌することで、多価アルコールへ水素化（アルコール発酵^（注6））され、持続可能な資源（水、NADH^（注7））からH₂を直接貯蔵できました。このことから、本手法が、従来のLOHCへの多段階のH₂製造・貯蔵プロセスを簡素化し、さらには貴金属触媒を利用することなくH₂を貯蔵できることを実証しました。

さらに、図3に示すように、従来触媒に比べ圧倒的に安価で資源豊富な鉄イオンを、アルコール酸化/H₂発生の光触媒として発見し、多価アルコールからH₂を放出すると同時に、もとの多価ケトンを再生できることを実証しました。

今後の展開

本研究では、資源制約のないバイオマス由来の多価アルコール/多価ケトンをLOHCとして実証し、安価な鉄イオンとパン酵母を活用した、持続可能なグリーンH₂製造・貯蔵サイクルを概念実証しました。化石資源や貴金属など特殊な資源が不要となりうる本サイクルは、H₂供給コストの削減および地域分散型のH₂（エネルギー）製造・貯蔵、脱炭素社会の実現への貢献が期待できます。

謝辞

本研究は、環境省・（独）環境再生保全機構の環境研究総合推進費「環境適合な有機ハイドライドの創出とグリーン水素の製造・貯蔵法の構築」（JPMEERF20241RA4）、JSPS科研費・特別研究員奨励費「生体触媒と脱水素化触媒との協奏による水素製造・貯蔵サイクルの構築」（JP25KJ0623）の支援を受けて実施されました。また、掲載論文は「東北大学2026年度オープンアクセス推進のためのAPC支援事業」によりOpen Accessとなっています。

用語説明

（注1）多価アルコール

水素貯蔵部位（ヒドロキシ基）を2つ以上もつ有機化合物のことです。

（注2）液体有機水素キャリア（LOHC）

Liquid Organic Hydrogen Carrier。触媒反応によってH₂を貯蔵・放出できる液体の有機化合物のことです。

（注3）グリーンH₂

持続可能な資源を原料として、CO₂を排出することなく製造されたH₂のことです。CO₂の削減に貢献できるため、脱炭素社会の実現に向けた鍵として注目されています。

（注4）光触媒

光エネルギーを利用して、特定の化学反応の反応速度を速める物質で、自身は反応の前後で変化しないものです。

（注5）生体触媒

生物によって作り出される物質です。特定の化学反応の反応速度を速め、自身は反応の前後で変化しないものです。

（注6）アルコール発酵

パンやアルコール飲料の製造など食糧製造に利用される技術のことです。酵母が砂糖を原料としてNADHを製造し、NADHと水をH₂源としてケトンを水素化することで、アルコールを製造します。

（注7）NADH

ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド。生体内エネルギー（電子）の運搬と触媒反応（特に水素化反応）に利用される化合物のことです。アルコール発酵においては、H₂源として利用されます。

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