地球温暖化の主因とされる二酸化炭素（CO2）。その対策としては、排出抑制と回収・貯蔵・利用のCCUS（＝Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage）が両輪となる。後者では、CO2を吸着する多孔性配位高分子（PCP＝Porous Coordination Polymer）に注目が集まる。温室効果をもたらす気体を吸着できるなら、脱炭素社会実現のカギになるかもしれない。

　このように大きな可能性を秘めるPCPは、多数の小さな孔（あな）が開いた結晶。これを開発した京都大学アイセムス（高等研究院 物質－細胞統合システム拠点）拠点長の北川進特別教授に話を聞いた（2022年1月19日リモート取材）。

　北川氏が開発した「多孔性配位高分子（PCP）」は、金属イオンと有機分子の結合によって出来る金属錯体の一つ。その中には、微細かつ均一サイズの孔が規則性をもって無数に空いている。この孔に気体を吸着させるのだ。

ジャングルジムのような多孔性配位高分子の構造
（提供）北川進氏

　新たに作られた多孔性材料が有機物で作られているため、孔の空いた構造は壊れやすいと信じられていた。これに対して北川氏は、構造が安定している上に、選択した気体だけを吸収するPCPの開発で成功を収めた。不安定性などの多孔性材料のこれまでの常識を一気に覆したのだ。以下、北川氏へのインタビュー内容（要旨）を記す。

インタビュー

（提供）京都大学 物質－細胞統合システム拠点

　―多孔性配位高分子（PCP）が出来上がる仕組みや、構造について教えてください。

　金属イオンを含んだ溶液と、有機配位子（＝金属イオンと結びつく有機分子）を含んだ溶液を混ぜるだけで、自動的にPCPの構造が出来上がります。

　例えば、何百人もの幼稚園児を2つのグループに分け、一方には「赤い手の人とだけつなぎなさい」という情報を、他方には「青い手の人とだけつなぎなさい」という情報を与えます。そして運動場で一斉に走らせます。すると、園児たちは与えられた情報に従い、迷うことなく手をつないでいきますね。

　分子の世界も同じです。有機分子に対し、「相手になる金属とだけ手をつなぎなさい」という情報を与えます。結果、そのように結合します。

　金属イオンには、2方向（直線形）、4方向（正方形、正四面体形）、6方向（正八面体形）でそれぞれ結合するものがあります。組み立てたい構造によってその中から選び、有機配位子と混ぜると、その情報通りに結合します。

情報を与えた有機分子と情報を持った金属イオンとが結合
（提供）北川進氏

　元素の周期表の8割が金属（金属イオン）です。だから、原理的にはそれを全部PCPに使えるということになります。色々な構造があり、現時点で7万～9万種も合成されています。結合に使う金属はリサイクル後のものでも構いません。

　―気体を選択して吸着する仕組みを教えてください。

　基本的には、孔のサイズと形によって、吸着する気体が決まります。つまりフレームワーク、まずは骨格設計が大事です。ただし、それだけでは吸着させる気体を選ぶことはできません。例えば、ジャングルジムをイメージしてください。もしジムを組む棒を長くしておけば、園児じゃなくて中学生でも自由に出入りできますよね。

　すなわち先にフレームワークを設計した後、この気体を吸着させるためには、どれぐらいのサイズで、どんな形の孔が必要なのかを決めます。それによって有機配位子と金属の組み合わせが決まり、それから合成させてPCPを作るというイメージになります。

吸着させる気体に合わせ、孔のサイズ・形を決定
（提供）北川進氏

　―合成する時、熱を与えるのですか。

　一番簡単な方法では、室温で混ぜ合わせるだけ。金属溶液と有機分子が入っている液を混ぜたら終わりです。中には、混合後に密閉して熱をかけるケースや、溶かさず固体のまま混合するだけのケースもあります。設計によって有機配位子と金属の組み合わせが決まり、それによって合成の仕方が変わってくるということです。

　―溶液の中に出来上がったPCPを、どのように利用するのでしょうか。

　合成したPCPを沈殿として析出します。これを濾過し、粉末にしてペレットにします。これを容器に詰め、ガスを通すと気体がPCPの孔に入っていくのです。CO2やメタンの分子にちょうど合う孔のPCPを作っておくと、空気に触れさせるだけで入っていきます。

PCPのペレット
（提供）北川進氏

　―PCP実用化のイメージを教えてください。

　ダイレクトエアキャプチャー（DAC）では、無限に存在する大気からCO2を直接吸収します。しかしPCPの場合には、確実にCO2が排出される場所で、孔に吸着させるというイメージです。

　CO2が排出されるシチュエーションはさまざまです。例えばアルコール製造から排出されるガスにはCO2のほか、アルコールも含まれます。また製鉄所では石炭を使うので、温度が高くて大量のCO2が排出されます。だから、CO2吸着に対して「これ1つで万能」ということではなく、使用するシチュエーションに合わせて設計することが重要になります。

　―PCPを実用化していく上で、課題・障壁となっていることを教えてください。

　吸着させるものに合わせ、一つひとつ設計しながらPCPを作ると、どうしても材料コストが高くなります。さらに使用するPCPに応じて適切な設備も必要です。

　そして現状では企業がPCPのような新しい技術を導入し、さらにその先をイメージするのが難しいと感じています。既存の多孔性材料では実現できない機能や性能を、PCPならできるという事実をどんどん創出することにより、取り入れる側が事業をイメージする、イメージできるという流れができ、社会全体に広がっていくことが大切だと感じています。

オンライン取材を受ける北川進特別教授
（写真）筆者