Kobe University Start-up foto-on-demand Chemical Co. Ltd. demonstrerede, at det kan producere metan fra spildevand for at forfine det til farmaceutiske råmaterialer og andre nyttige kemikalier. Til dette har Tsuda Akihiko, administrerende direktør og lektor ved Graduate School of Science, og hans team udviklet en “fotoproduktion” -metode, der producerer sådanne kemikalier ved at skinne lys over metan og klor osv.
Virksomheden blev oprettet i april 2024 og begyndte demonstrationstest på et spildevandsrensningsanlæg i Kobe City i september. Tsuda taler om baggrunden for forskningen, der også fremmer dekarboniseringspolitikker kendt som “grøn transformation” (GX) i Japan og fremtidig udvikling.
Hvad fik dig til at begynde at undersøge fotoproduktion?
Den oprindelige trigger var, da jeg tænkte over, hvordan jeg skulle bortskaffe chloroform, der blev brugt i eksperimenter i min tid på kandidatskolen. Da chloroform ikke let er brandfarlig, måtte den forbrændes ved hjælp af dobbelt så meget som parafin, som jeg følte havde en betydelig miljøpåvirkning.
Det var kendt, at der var en metode til at nedbryde chloroform ved at udsætte den for lys. Da reaktionen var vanskelig at inducere, kunne kun en lille mængde chloroform nedbrydes på denne måde, og det blev betragtet som ikke værd at gøre det. Det var omkring 2008, at jeg begyndte at undersøge, om det ville være muligt at nedbryde store beløb.
Som forsker får du kun en chance i livet, så jeg havde et stærkt ønske om at undersøge, der kunne bruges til praktisk brug og gavne samfundet som helhed.
Hvordan fremskridt forskningen?
Under vores forskning opdagede vi, at chloroform kan nedbrydes meget effektivt, når de udsættes for intens ultraviolet lys. Endvidere var et karakteristisk træk ved vores forskning, at vi ikke kun dekomponerede chloroform, men også overvejede det kemiske stoffosgen, der produceres i nedbrydningsprocessen.
Phosgen er et meget nyttigt stof og bruges i vid udstrækning som råmateriale til polyurethan. Det er dog ekstremt giftigt, og opbevaring af det som sådan udgør betydelige farer. Derfor kom vi med ideen om øjeblikkeligt at forårsage en kemisk reaktion med phosgen produceret under nedbrydning og omdanne den til en nyttig forbindelse.
Serien med metoder, vi udviklede, er “foto-on-demand organisk syntesemetode”, en verdens første. Ved hjælp af denne syntesemetode forsvinder phosgen på et øjeblik og efterlader kun de nødvendige forbindelser. Det er også meget sikkert, da fosgenproduktionen stopper, når let bestråling stoppes.
Det tog mere end 10 år at bringe denne forskning til offentligheden. En af grundene bag dette er den farlige karakter af phosgen. Phosgen kan genanvendes som et våben i et trin, så vi afståede fra at udgive papirer, indtil vi kunne bekræfte sikkerheden i den teknologi, vi havde udviklet. I de første par år var der næsten ingen til at evaluere vores forskning.
Kun det personale, der er ansvarlig for samarbejdet i brancheakadæmi ved Kobe University, krypterede for at realisere fælles forskning med virksomheder, og denne støtte førte til de aktuelle resultater.
I et demonstrationseksperiment startede i år bruger systemet metan som et råmateriale til at producere phosgen. Hvordan forbinder dette med din tidligere forskning?
Vi havde udført fælles forskning med virksomheder siden omkring 2016 om metoder, der bruger chloroform som et råmateriale. Imidlertid er omfanget af produktion, der kræves af store virksomheder, meget stor, og der var forskellige udfordringer, når det kom til praktisk anvendelse.
Derfor begyndte vi fra 2023 at fokusere på metan som et alternativt råmateriale. Af drivhusgasemissionerne, der forårsager global opvarmning, tegner kuldioxid 76%, efterfulgt af metan (18%). Tidligere blev methan betragtet som vanskelig at omdanne til kemikalier, og sammenlignet med kuldioxid har der været lidt forskning i dens anvendelse som et kemisk råmateriale.
Imidlertid kom jeg med tanken om, at klor og ilt ved at kombinere methan, klor og ilt og ved hjælp af vores foto-on-demand organiske syntesemetode kan det være muligt at fremstille phosgen.
Det var en idé født ud af år med akkumuleret forskning. Brugen af metan er også banebrydende fra perspektivet om at fremme den grønne transformation. Vi byggede systemet og ansøgte i samråd med personalet i intellektuel ejendom ved Kobe University om et patent.
Ideen om at anvende metan fra spildevandsbehandlingsanlæg blev til, for hver gang jeg gik forbi rensningsanlægget i Higashinada Ward, Kobe City, var jeg nysgerrig efter de store tanke.
Da jeg kiggede på det, fandt jeg ud af, at metanen, der blev genereret i spildevandsbehandlingsprocessen, blev anvendt som biogas. Og da jeg konsulterede Kobe University Innovation Co. Ltd. (KUI), der understøtter ventures inden for Kobe University, om at samarbejde med Kobe City, fortsatte diskussionerne med et smell med forberedelser til eksperimentet, der startede i april 2024.
Hvorfor oprettede du et firma?
Oprettelsen af virksomheden er tæt knyttet til starten af metanudnyttelsen. Baseret på tidligere erfaringer kan det være hurtigere at opnå praktisk anvendelse som en opstart, der producerer kemikalier med høj værdi-tilføjede i en lille til mellemstor skala i stedet for at sigte mod storskala produktion i samarbejde med eksisterende virksomheder.
Faktisk er de kemikalier, der er produceret fra phosgen, forskellige, herunder farmaceutiske råvarer, agrokemiske råmaterialer, klæbemidler og aromaer, som giver mulighed for en værditilvækst forretningsmodel, selv med produktion af små volumen. Derudover siges det globale marked for produktion af kemikalier fremstillet af phosgen værd at være flere titusinder af billioner af yen, så markedet er enormt.
Hvilken yderligere udvidelse af demonstrationen på spildevandsrensningsanlægget kan forventes i fremtiden?
Da spildevandsbehandlingsanlæg er placeret landsdækkende, har demonstrationseksperimentet i Kobe betydelig betydning med hensyn til fremtidig udvikling. Det betyder, at vi ser for os en fremtid, hvor spildevandsbehandlingsanlæg bliver fabrikker til kemisk produktion.
Da denne forskning blev født i Kobe, sigter vi først på at etablere Kobe som et knudepunkt for fotoproduktion. Ud over Higashinada -rensningsanlægget, hvor demonstrationseksperimentet gennemføres, håber vi på at udvide til andre behandlingsanlæg, der bruger biogas. Kobe University -studerende er involveret i demonstrationseksperimentet, og derfor er projektet også yderst fordelagtigt fra et uddannelsesmæssigt synspunkt.
Vi fremmer også vores samarbejde med City of Osaka.
Kunne du dele dit Outlook som en opstart?
Vores forskning er verdens første initiativ til at upcykel affald i råvarer til kemikalier. Affald er ikke begrænset til spildevand; Forskellige materialer såsom husdyrgødning og madaffald kan også bruges. Når vi forklarer virksomhedens forretning på enkle termer, siger vi: “Et firma, der fremstiller medicin fra Poo.”
Når man promoverer praktiske applikationer, er det vigtigt, at systemet er enkelt, ikke pådrager høje omkostninger og kan desuden bruges sikkert til alle.
Som jeg nævnte tidligere om farerne ved phosgen, skal vi altid være opmærksomme på, at innovative opfindelser kan misbruges. For at forhindre misbrug mener jeg, at det er vigtigt at holde samfundet informeret. Det er nødvendigt for samfundet som helhed at overvåge vores forskningsresultater for at sikre, at de beriger folks liv og bruges sikkert.
Systemet til fremstilling af kemikalier fra metan har tiltrukket forespørgsler fra en række virksomheder både indenlandske og internationalt. For nylig underskrev vi en fælles forskningsaftale med DKS Co. Ltd. i Kyoto. I relation til denne række undersøgelser har vi erhvervet og indgivet cirka 40 patenter og forventer, at dette nummer vil overstige 100 i fremtiden.
Jeg tror, at vi i det næste år eller to vil se betydelige fremskridt hen imod praktisk anvendelse. Som en opstart fra Kobe University ønsker vi yderligere at fremme initiativer, der gavner samfundet.