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00:00変化とは。
00:30ですよねここにですね魔法をかけていきます魔法をかけるあっしかもお皿に入れたこれははいただのお湯ですさあはいにおいよ嗅いでごらんなさい失礼しますおお甘いマスカットぶどういちごですいちごフルーティーな香りそして?
00:59あの牧場の香りこれは強大のにおいです分かるわけないじゃないですかということでこれがさっきまで無臭だったのにお湯に入れただけでこんなににおいがするの何でなんですかこれこそはいモフパワー?
01:27今回はノーベル科学賞に選ばれた北川進さんを大特集その功績は多硬性金属作体通称モフの開発これが新たな未来を切り開きました
01:57穴がたくさん開いたナノサイズのジャングルジムなんです
02:02その特徴は二酸化炭素やメタンなどさまざまなガスの分子を自由に出し入れできること環境問題となっている温室効果ガスを取り除いたりさらに再利用したりその切り札として認められノーベル賞が授与されることになったのです
02:25すんごい発見をした北川さんですが最初は否定されてばかりだったそう
02:34モフとは一体何なのか北川進さんのひらめきに満ちた研究人生とともにたっぷりとお伝えします
02:52うんなるほどモフとはガスの出し入れができる物質なんですね
02:59そういうことです
02:59だからお湯をかけただけで香りがしたんですね
03:03そうお湯かけて温まってガスが出てきたっていうことなんですね
03:08でもこの粒の中にガスが入っているようには見えないんですけど
03:13そのあたりを今日はじっくり掘り下げていきますがその前になんと特別に北川進さんからメッセージいただいているんです
03:24すごいこんなにお忙しいのに
03:26みなさんこんにちは京都大学の北川進です
03:31本日はサイエンスゼロに出席できなくて申し訳ないんですがここでビデオでお話しさせていただきます
03:39私はモフと呼ばれている小さな穴がたくさんいた材料を開発してきました
03:45今日はですね私たちのこの研究を一緒に進めてくれた若い人たちがですねこの材料の話をしてくれますよろしくお願いします
03:57お会いできなかったのは残念ですけれどもありがたいですねそうですね
04:03うれしいです
04:04ということでメッセージにあったように北川さんと長年一緒に研究してきた方に来ていただきました
04:10京都大学特定拠点準教授の樋口正和さんですどうぞ
04:15あっえっお願いします
04:17えっちょっと朝朝より変なものかけてるんですけどこれ何ですかメガネですか
04:23これはサイエンスを説明するためのアイテムです
04:27ではモフを説明をしたいと思います
04:30えっ早速
04:31ないなになに
04:33あっボールが落ちたなんだ四角に落ちたぞ
04:37分かりましたよね
04:38えっ分かったような これがモフですか
04:41えっこれモフです
04:43ピンク色の玉と黄色の棒 これがモフを表してます
04:51おーこの枠がモフ
04:53はい でこのピンポン玉がガスとか小さな小分子と呼ばれるものを表してます
05:00これがガスなんですね
05:02はい でモフというのはジャングルジムのような構造でその穴の中にガスが入るんですよと
05:09なるほどこの粒の中にガスが入るということですけれどこの中ってどうなってるんですか
05:17ちょっと模型で説明させていただきます
05:19おっジャングルジムだ
05:21こちらですね
05:22このジャングルジムは実際はすごく小さいわけですよね
05:26めちゃくちゃ小さいです
05:28これ今目に見えてますけれど本当のモフのサイズはこの穴の一つが1000万分の1ミリメートルのサイズなんでめちゃくちゃ小さなジャングルジムなんですよ
05:40すごい段数のジャングルジムが入ってるわけですねへえその中に二酸化炭素からニオイからいろいろなものを入れることができますんで何でも自由自在にできませんさあそのモフの開発に北川さんは大きく貢献したっていうことなんですけれどもそこにはですね常識を覆すような驚きのひらめきがあったんです
06:061980年代後半近畿大学に勤めていた北川進さん
06:14電気回路に使えるナノサイズの導電体の研究を行っていました
06:20そこで使っていたのが金属イオンの一種 導イオン
06:29これは2つの方向に有機分子が結合できる構造をしています
06:36こちらは有機分子今回はこのような棒で表します
06:44これらを混ぜ合わせると例えばこんな風に小さな分子が連なったひも状のものができます
06:53これが電気を通せば半導体材料を最小化できると期待され当時多くの研究者が取り組んでいました
07:03そんな北川さんに転機が訪れたのは1989年
07:13作った物質の構造を解析するため京都大学を訪れた時のことでした
07:20どんな構造になっているのか学生と予想し合っていたところ
07:28途中のデータを見た学生ががっかりしたように言いました
07:32先生これ穴が開いちゃってます
07:37狙っていたのはこうした長い構造
07:43ところがこんな穴の開いた輪っか状になっていると予想されたのです
07:49もしこのような形状だとしたら一直線に電気を流すのが難しいため電気回路には使えません
08:00こちらが実際に解析された構造
08:06青いのが同イオン
08:09その間をつなぐ六角形が棒に当たる有機分子です
08:14やはり予想通り穴が開いた構造でした
08:18ところが驚いたことにその穴には物質を作る時に使った溶媒の成分
08:25アセトンの分子が入っていたのです
08:28先生穴開いてますよと言ったわけです
08:33え?って言ってみたら実はその穴にですね
08:36アニオンだけではなくてちゃんと有機分子が入っていたアセトン
08:39これは面白いというふうに思いました
08:42面白い
08:43これこそが北川さんのひらめき
08:47失敗でできたはずの穴を面白いと感じたというのです
08:52すごい
08:53そこから北川さんは研究を大転換
08:58穴が開いた構造を作り
09:01その中に物質を入れるという研究を始めていったのです
09:05個体の中にいろんな空間を作ると電気も流しにくくなって無駄だと思われていたのですが
09:16実はこの無駄なものが役に立つということに気づきました
09:212400年前に中国の宗司が言ったことなんですが
09:27無用のよう
09:28役に立たないものも実は役に立つんだよという新しい視点です
09:35これは科学を進めていく上で
09:38今あることを疑い
09:40そして新しい考え方
09:42理論を作っていく非常に重要な立場です
09:45それをベースにしていろんな科学に取り組んできました
09:52へえ
09:532400年前のことだけども
09:55そういうふうに発想を展開したら面白いというふうに思えたんですね
09:59北川さんは
09:59すごいですね
10:01北川さんはかなりいろんなものを読んでいる方なんですか
10:06本がお好きですね
10:08物語も読まれますし
10:10推理小説とか
10:11そういうものも読まれているのを見たことがあります
10:14だからそこが多分宗司から学んだ
10:17無用のようという言葉がわっと出てきた
10:19これは使えるということでしょうね
10:22北川さんは穴が開いていたこと自体か
10:27それともそこにアセトンがあったことか
10:29どっちにより注目したんですかね
10:32アセトンが入っているのが非常に重要だというのを
10:36講演でおっしゃってましたですね
10:37それはじゃあアセトンなんかあんまり入っていないことが多いということですか
10:41そうです
10:42アセトンではなくて何かプラスのイオンとかマイナスのイオンが
10:46穴の中に入っていることが多かったんですよ
10:49プラスのものは出せない
10:51マイナスのものは出せないんですけれど
10:53プラスマイナスゼロのアセトンは取り除けるわけですよ
10:58アセトンが入っているぞと
11:01しかも取り出しやすいぞと
11:03いいこと
11:04もう一つの重要なことがあるのでそれを今から説明しますよ
11:08取りますよ
11:09全部
11:10あ、あ、潰れた
11:14え、毛布が潰れました
11:17これね最初の頃アセトンみたいなのを取るとね
11:22壊れちゃってたんですよ
11:24毛布が使えない
11:27元に戻らない
11:29せっかく容器があるけどそれが壊れちゃうと
11:33そうこれがね大きな課題だったんですよ
11:35一体どのようにして壊れにくい毛布を作ったのか
11:39そこには8年にわたる道のりがありました
11:44北川さんが最初に見つけたこの穴の開いた構造
11:50実は金属イオンと有機分子は
11:55排位結合という比較的弱い力でつながっているため
11:59中に入っていたアセトンがなくなると
12:02壊れてしまうのです
12:04壊れない構造はどうやったらできるのか
12:101990年代北川さんはこの難題に挑戦し続けました
12:16一体どんな実験を行っていたのか
12:20現在北川さんの研究室に所属している大竹健一さんに
12:26毛布の作り方を見せてもらいましょう
12:28毛布の作り方
12:30まず穴の大きさや形を考えて実際にどんな構造にするのかを決めます
12:38そのために必要な材料がこちら
12:43まずは金属イオンです
12:45その種類は実に多様
12:48同イオンは2方向に有機分子がくっつく性質を持ちますが
12:55プラチナイオンは4方向にくっつけることができます
12:59また立体的に有機分子をくっつける
13:04鉄イオンや亜鉛イオンなど
13:07狙う構造に合わせてこうした金属イオンを選ぶのです
13:11いろんな形があるんですね
13:13一方有機分子にもいろいろな構造が
13:17例えば同イオンとこの有機分子を混ぜると
13:23こんなハチの巣状の構造に
13:26鉄イオンとこの有機分子を使えば
13:33ジャングルジムのような構造ができます
13:35組み合わせを考えることで
13:42様々な形の物質を作れるのが
13:44僕の面白いところ
13:46面白い組み合わせで
13:48金属のイオン
13:52クラスターの種類だけでも
13:54数百あって
13:58有機分子の数でいうと
14:001万とか数万とか
14:02無数にありますので
14:03それの組み合わせでできる
14:05模糊っていうのは
14:07本当に予想ができないくらい
14:09数は多くなります
14:11今回作るのはこんな構造
14:16二酸化炭素の吸着に優れたタイプです
14:20この部分が穴です
14:23まずは素材を用意
14:28青色の銅イオンを有機分子と混ぜ合わせます
14:34しばらくすると濁ってきました
14:43細かい模糊ができ始めたのです
14:46ご覧ください
14:51キラキラしているのが
14:53モフの結晶
14:54この結晶を解析してみます
15:01すると
15:06CGモデルのCGモデルが出てきました
15:08これが今作った
15:10モフの構造です
15:12この部分を見てみると
15:18ほら
15:19同じ構造になっていることが分かります
15:21本当だ
15:22こうして狙った通りの構造ができるのは
15:27すでに反応条件が分かっているから
15:30それが分からなかった頃は
15:34実験が今より大変だったのではないかといいます
15:371990年の砂糖とかその頃には
15:44多分そういう知見がほとんどなかったかと思うので
15:46今よりももっと泥臭く
15:48いっぱい実験をしてしないとできなかったかなと思います
15:52まだ誰も作ったことがない
15:56壊れないモフはどうやったら作れるのか
15:59北川さんは無限にある組み合わせの中から
16:07温度や圧力を変えて
16:09試行錯誤を繰り返しました
16:11穴が面白いと思ってから8年後の1997年
16:19ようやく生み出したのがこの論文
16:22そこで発表したのがこんな構造でした
16:26作った物質の穴の中にはエタノールが入っていました
16:31果たして抜いても壊れないのか
16:36実際に抜いてみると
16:39壊れませんでした
16:42構造がうまく噛み合って柱のように支えていたのです
16:50詳しく調べてみるとこんな風に
16:53トンネル状の穴が開いていました
16:55そこにメタンや窒素などのガスを
17:01入れたり出したりすることにも成功
17:04北川さんはモフがガスの入れ物として使えることを
17:09世界で初めて証明したのです
17:12しかし壊れないモフができたと発表しても
17:18最初は全く信じてもらえなかったそう
17:22そうなんですね
17:25刑事者が集まってやると言われます
17:27そこで発表したら本当にそんなのもとばかの感じで
17:33もう一回叩いて
17:37誰だと思って叩かれて
17:39その厚い所で何か何か汗かわからないという
17:43そういう経験がしました
17:45こんなものすぐ壊れるだろうと
17:48いうのがみなさんの調子力で
17:51Unnすごく複雑な構造してるんですねそうですねこれって狙ってできるものなんですかある程度はある程度は狙ってできますへえお聞きするとですね金属イオンを銅じゃなくってコバルトニッケルとかそういうイオンを使ったのが非常にポイントだったというふうにおっしゃいますそう考えると結構いろんな組み合わせで試行錯誤していくっていう地道な作業が本当大事なんですかね
18:20そうですね私が20数年前に北川県に入ってですね僕の研究を始めた時にやったことがもう40個くらいから入れ物を並べるんですよそこにいろんな金属イオンいろんな有機分子をバーッと入れるんですねそれをオーブンに入れて翌日研究室に来て一個ずつ開けるんですよそこに結晶があるかどうかキラキラと光っているのがあるかどうかを確認をする作業を2年間やりました
18:492年間かかりました最初の模倣を作るのに
18:51どういう感覚なんですか
18:53ワクワクしますよそれもちろん
18:54何回失敗してもですか
18:55そうですもちろん
18:56ただ自分が新しい模倣を面白い模倣を作るんだっていう考えもあったんで簡単にできるよりかはやっぱり海の苦しみというか時間がかかってできたものにねやっぱり思い入れもありますし
19:09そんな海の苦しみがあってようやく作れたのに周りは認めてくれなかった
19:16それでも逃げなかった理由っていうのはどうしてだったんですかね
19:21北川先生ももちろんご自身で続けられている傍らで世界中の研究者も
19:25いや北川進もの言ってるようなことって他のものでも起こると
19:29他のものも発見したよっていう研究者が論文で学会で発表するようになったんで
19:35あっこれは本当だというのが最初の初期の頃だと思います
19:38さあ世界中でいろんな毛布が作られていますあっえっすごいきれいかわいいですね時期もあってかクリスマスのオーナメントに見えますね確かにこれね今や10万種以上に及ぶらしいですすごいめちゃくちゃ毛布はやってますそう気になるものありますかわーどれもすごくすてきなんですけど樋口さんの右側に見えますね
20:08あるあのリースっぽい感じのお花みたいなこれはアメリカの研究者が作った木なんですけど空気中から二酸化炭素を取る環境問題をもしかしたら解決をするかもわからない
20:23木ですあの緑色見えますあの緑色の玉があそこにね二酸化炭素がくっつくんですよ
20:29へーでは樋口さんこれはどうですかこれそれも素敵これはですねあの炭酸水を真水にすることができる毛布です
20:40えっすごい普通水か二酸化炭素っていうと水が絶対先入っちゃうんですよほぼ確かにこれは水は来ないでと
20:51へー二酸化炭素だけどうぞっていう部屋ですへーこれは何に使えるんですか
20:57まあ炭酸水を作りますよね二酸化炭素入ってそういう機械もありますよね入れてもう1回真水に戻したいなと思ったらこの毛布を使えることです
21:05なるほどやっぱ炭酸水いらんかったなとちょっとこれちょっとちょっとしわしわいらないな
21:10そうそうそうそんな状況ありますなかなかでも面白いですねユニーク
21:15遊び心っていうのがポイントですかねそうですね無用の用とかねいろんな言葉ありますけれどまあ何か何の役に立つの?そんなことして意味あんの?っていうものも実は役に立つ場面があるかもしれないですよねなるほど面白いさあ井上さんはい実際もう他のガスを毛布で回収してエネルギー問題を解決しようっていう実証実験も行われているんですすごい
21:42モフでどうやってエネルギー問題を解決するのか
21:47期待されているのがこの小さなサイズのガスボンベ
21:53この中にモフを入れて家庭へのガスの供給に使おうというのです
22:00一般的に日本で使われているガスボンベと比べるとこんなにコンパクト
22:07でもこれにモフを入れればガスの種類によっては同じくらいの量が入るというんです
22:14えすごい全然違うよサイズは
22:18通常ボンベには高圧のガスを入れます
22:23しかしぎゅうぎゅうに入れているつもりでもガスが動き回る余地が生まれてしまいます
22:30一方ボンベの中のモフにはガスが入る小さな穴がいっぱい
22:38ここにガスが吸着するために高密度で入れることができるのです
22:45現在このモフ入りガスボンベの実証実験が行われています
22:52その場所はインドネシア
22:57インドネシア?
22:59政府の協力のもと現地で実証実験を行っているのです
23:03その理由はこの国がエネルギー問題を抱えているから
23:09そうなんだ
23:10インドネシアは世界でも有数の天然ガスの生産国
23:17でもこれを十分に活用できていません
23:21天然ガスの主成分メタンを機体のまま運ぶためには
23:27パイプラインが必要ですが整備が進んでいないのです
23:31一方液体にすれば高密度で運べますが
23:36マイナス162度まで冷やすか
23:38200気圧以上という高圧をかけないと液体になりません
23:42コストがかかり使いづらいのです
23:46そのためインドネシアの家庭では主に
23:53海外から輸入したプロパンガスを使っています
23:56そこで注目されるのがモフ入りのガスボンベ
24:03メタンを機体のまま高密度で運ぶことができるという
24:08これまでにない特徴があります
24:11これを利用すればエネルギーを自国で賄える可能性があるのです
24:18モフ入りのところからガスがちゃんと出て燃えるということは確認できている
24:23安全に使えるということはこれまで1年間の結果で説明が証明していて
24:30今度から家庭に持って行って実際使ってみようというところまで今来ているというところですね
24:37モフは他の分野からも大注目
24:41エアコンに使われている温室効果ガスを回収して再利用するのに使ったり
24:50工場から出る二酸化炭素を回収する技術にも使われています
24:54今まさに地球の環境問題の解決に
25:01モフが大きく役立とうとしているのです
25:04すごくこうモフのイメージがまたぐっと深まりました
25:09他にもモフはどこで使われてるんですか
25:12あとはガスじゃなくて水
25:14水蒸気もガスの一種ですけれど
25:19水を実は捕まえることができるという話があるんですよ
25:25水を捕まえる
25:26はい出しますよ
25:28紫ですね
25:29そうですね紫ですね
25:31これちょっと見てください
25:34外に出したものは
25:35あれなんかこっち紫に見えるんですけど
25:41青になってる
25:42青になりますよね
25:43あれしかも端っこが今度水色になってきました
25:47この縁が
25:48ここの空気中にある水分を
25:51どんどんどんどん捕まえていってて
25:54穴の中に入っていっているので
25:56色が変わっていくんですよ
25:58え
25:58実はこれね
26:00砂漠のところにこれを持っていって
26:03わずか数パーセントしかない水を捕まえて
26:08え
26:09飲み水を作ろうっていうプロジェクトにも
26:12活用されそうになってます
26:14すごい
26:15水問題の解決にも役立つかもしれないと
26:18そうなんです
26:18聞けば聞くほど面白いなと思うんですけど
26:21この分野はこれからどういう風に進んでいくんですか
26:25さらにちょっと発展をしていくんじゃないかなと思っているのを
26:28ちょっと説明をさせてもらっていいですか
26:30はいお願いします
26:31何ですか
26:34いきますよ
26:36はい
27:06これが北川先生がノーベル賞委員会から評価されているもう一つの大きなことがあるんですよ
27:14この出ましたよね柔軟多効性結晶
27:19はいはい
27:20ソフトポーラスクリスタルっていう言葉を作って
27:23結晶って柔らかいんだよっていうことを初めて言った人なんです
27:30さっき揺れてましたよね
27:31揺れてましたよね
27:32はい
27:32ジャングルジムってなんか固いイメージじゃないですか
27:34はい
27:34けど固いもんじゃなくて実はガスが出たり入ったりすることで動いたり
27:39その動きが機能に関わるんですよ
27:43おー
27:44もう風が柔らかいんだっていうのを使って
27:46実はあまりエネルギーを使わなくても
27:50二酸化炭素が取れるんだとか
27:52重水と軽水といってちょっと重たい水があるのご存知ですか
27:56聞いたことあります
27:57あります
27:57柔らかい結晶であるからこそ分けれるんじゃないかと
28:01へー面白いですね
28:04ねえ
28:05模糞ってちょっと聞いた時に
28:06あれちょっとノベル賞だからちょっと難しいかなと思いながら
28:10今日来たんですけど
28:11すっごく楽しむことができました
28:14北川さんのこの歩みからすごく学ばせていただくことをたくさんありましたし
28:21自分のお気に入りの模糞が見つかるかもしれないと思って
28:25ちょっと模糞のこといろいろ調べたくなりました
28:28ですね
28:29はい
28:30未来はね自分で作れるっていう言葉があって
28:33北川先生がそれを体現されてますね
28:35世界中に新しい概念を知らせて
28:37非常に近くで見ていて楽しそうにやられてるんで
28:40いつまでも健康で長生きして
28:43研究をずっと楽しむ先生でいていただきたいなと思います
28:47最後にですね
28:50北川さんから熱いメッセージいただいていますので
28:54ありがとうございます
28:54どうぞ
28:55やはり科学はですね
28:58若い人たちが作っていくものです
29:01そしてその人たちがまた大きな領域を作れば
29:06また若い人たちが新しい視点で新しい材料を作っていく
29:12このですね
29:13連綿とした流れが非常に重要だと思いますので
29:16今日の話を楽しんでいただきながら
29:20また将来のですね
29:22科学者になる
29:24大きな発見をする
29:26そういう道を歩んでいただきたいと思っています
29:30次回は鉄道技術パート2
29:36安全で時間に正確な電車を支える
29:40運行システムの舞台裏に迫ります
29:42ラッシュアワーの遅れが新技術で激減
29:47自ら判断して運転する
29:51自立運転の電車も登場
29:53鉄分マシマシでお送りし
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