医薬品、農薬、機能性材料――私たちの暮らしを支える化学品の多くは、「何を作るか」と同じくらい「どう作るか」が重要である。エネルギーを大量に消費する工程、廃棄物が多く出る工程、危険物を扱わなければならない工程。化学の進歩が便利さをもたらしてきた一方で、製造の現場には今なお多くの非効率が残されている。こうした課題に向き合っているのが、静岡大学工学部／グリーン科学技術研究所の間瀬暢之教授である。間瀬教授は、化学反応と装置の設計そのものを見直すことで、より安全で、生産性が高く、環境負荷の小さいプロセスの実現を目指している。言い換えれば、持続可能な社会を支える「グリーンものづくり」を、研究室の中だけでなく実際の生産現場へとつなげようとしているのだ。そのための3つの武器が、「ファインバブル」「フロー合成」「機械学習」という技術である。本記事では、間瀬教授がこれら3つの技術をどのように活用し、製造プロセスの変革と社会実装の実現を目指しているのかを伺った。

From mg to tonの理念のもと、持続可能なプロセス設計に挑む

Q:研究概要について教えてください。

私が現在取り組んでいるのは、グリーンものづくりに関する研究です。『ファインバブル』、『フロー合成』、『機械学習』を組み合わせながら、より少ない工程で、より安全に、より環境負荷の小さい有機合成や生産プロセスを実現することを目指しています。

私は、化学の研究は新しい分子を作ること自体に大きな意義がある一方で、それだけでは十分ではないと考えています。そうした思いを強くしたきっかけの一つが、学生から言われた「科学者は医者よりも多くの命を救える」という言葉でした。研究室で1 mgの化合物を作り、それによって1人を助けられることももちろん尊いことです。しかし、それをトン単位で安定して供給できれば、救える人の数は飛躍的に増加します。私はこの「From mg to ton」という考え方を大切にしており、基礎研究で得られた成果を、社会の中で本当に役立つ形へどうつなげていくかを常に意識してきました。

研究室の中で作れることと、社会の中で本当に役立つことの間には大きな隔たりがあります。その隔たりを埋めることこそ、私が取り組んでいる研究の大きなテーマの一つです。その中で、私が有効だと考えて取り組んできたのが、まず『ファインバブル』を使った合成です。

ファインバブルは、気体が関与する反応を起こしやすくする「反応場」をつくる技術です。つまり、気体が液体の中でより働きやすい環境をファインバブルにより形成するわけです。気体が関与する反応そのものは昔から知られていましたが、従来は耐圧容器を用いて高い圧力や温度をかけたりしないと進めにくいものが多くありました。

しかし私は、そこをファインバブルで置き換えることで、常温常圧に近い条件でも、よりグリーンに反応を進められないかと考えました。気体が関与する反応は、反応後に気体を抜けば次の工程へ持っていきやすいため、後工程を省略しやすいという利点もあります。そこに、私の研究の大きな特徴の一つがあると考えています。

もう一つの柱が『フロー合成』です。従来の化学反応は、フラスコの中でまとめて反応させる、いわゆるバッチ法が中心でした。これは言ってみれば、鍋で料理を作るようなものです。一方でフロー合成は、配管の中で原料を流しながら連続的に反応させていく方法です。こちらのほうが温度や反応時間、流量などを細かく制御しやすく、反応のムラも少なくなります。

さらに、連続的に生産できるため、研究室レベルの実験から将来的な製造プロセスへの展開も見据えやすくなります。それに、反応が配管の中で進むため、外から余計なものが入りにくく、安全に進めやすいという利点もあります。私は、こうしたフロー合成は、ものづくり全体を見直すうえで非常に有効な技術だと考えています。

最近は、こうした新しい反応系の最適化に機械学習も取り入れています。ファインバブルやフロー合成では、反応の進み方そのものが従来とは異なるため、検討すべき条件も変わってきます。たとえば、ファインバブルでは泡の大きさや分散状態が反応に影響し、フロー合成では流量や滞留時間といった要素も重要になります。こうした条件は、これまでのバッチ法ではあまり意識されてこなかったものです。

そのため、最適な条件を見つけるには多くの要素を組み合わせながら検討する必要があり、どうしても実験回数が増えてしまいます。以前はそれらを一つひとつ手作業で確かめていましたが、それでは時間も手間もかかりすぎてしまいます。そこで現在は、実験計画法や機械学習を活用しながら、できるだけ少ない回数で最適な条件を見いだすようにしています。特にフロー合成は、装置によって温度や流量、反応時間といった条件を精密に制御できるため、データを取りながら反応を最適化していくプロセスと親和性が高いと考えています。

こうした技術基盤が整ってきたことで、実際にそれを社会に役立つ形に応用していこうと考え、私はグリーンものづくりの実践に取り組み始めました。その具体的な対象として注目したのが、「フェアリー化合物」です。

このフェアリー化合物（植物の成長を制御する微量物質として「妖精（Fairy）」にちなんで命名）は、静岡大学の河岸洋和教授が発見した非常に興味深い分子で、植物の成長を促進したり、逆に抑制したりする作用を持つことが知られています。すべての植物に内在していることも分かっており、植物ホルモンとして機能することが期待されています。もしこれが正式に植物ホルモンとして認められれば、日本発としてはおよそ100年ぶりとなる新しい植物ホルモンにつながる可能性があり、学術的にも非常に意義の大きい研究対象です。

さらに、この化合物は、お米や小麦、ジャガイモといった主要な作物の生産性を高める可能性も示されており、食料問題への応用という観点からも大きな期待が寄せられています。一方で、こうした応用を実現するためには、十分な量を安定して供給できることが不可欠です。しかし、この化合物は天然にはごく微量しか存在せず、実際に利用するためには化学的に合成する必要があります。

ところが、従来の合成法では工程数が多く、時間もかかるうえ、場合によっては毒性の高いガスを用いる必要があり、安全性や効率の面で課題がありました。そこで私は、これまで取り組んできたファインバブルやフロー合成といった技術を活用し、より少ない工程で、安全かつ効率的に合成できる方法の開発に取り組みました。その結果、従来よりも工程数を３～４段階までに削減しながら合成できるプロセスを構築することができたのです。

このように、私の研究は、新しい分子を見つけることだけではなく、その分子を、社会の中で実際に使える形で安定して供給する方法まで考えるところに特徴があります。グリーンものづくりの考え方に基づき、工程を減らし、安全性や再現性を高めながら、社会実装につながるプロセスを設計すること。それが、私が取り組んでいる研究の本質だと考えています。

Q:この研究の独自性について教えてください。

私の研究の独自性は、大きく2つあると考えています。

1つ目は、気体反応に対するアプローチの転換です。従来、気体は液体に十分に溶け込みにくいため、高圧をかけて強制的に溶解させる手法が一般的でした。こうした高圧反応は100年以上にわたって利用されてきましたが、法規制に基づく定期的な検査や厳格な設備要件が不可欠で、安全対策やコストの面でも大きな負担があり、運転条件にも多くの制約が伴います。

これに対して私は、「無理に溶かす」のではなく、「気体が自然に働きやすい環境を整える」という発想に基づき、反応が起こる条件そのものを見直しています。具体的には、ファインバブルによって微細な気泡を液中に分散させ、気体と液体の界面を大幅に増やすことで、気体が自発的に反応系へ取り込まれやすい“反応場”を形成しています。これにより、常温常圧に近い穏やかな条件でも効率よく反応を進めることが可能となり、高圧に依存しない気体反応の設計という点で独自性があると考えています。

もう1つの独自性は、個々の反応の最適化にとどまらず、プロセス全体を設計する点にあります。化学反応は、1つの工程だけを見れば最適化することは比較的可能です。しかし実際のものづくりでは、複数の工程が連続してつながるため、部分最適だけでは不十分で、全体として最適化されたプロセスを設計する必要があります。

そのためには、有機化学だけでなく、化学工学やデータサイエンスといった分野の知識を組み合わせながら、実験データを体系的に取得し、適切にフィードバックしていくことが重要になります。私は、フロー合成と機械学習を組み合わせることで、連続的にデータを取得しながら反応条件を最適化し、それをプロセス全体の設計へとつなげる取り組みを行っています。いわばDXも含めた形で、ものづくり全体を設計していく点に特徴があります。このように、反応そのものの革新と、それを支えるプロセス設計の両面からアプローチしている点が、私の研究の独自性だと考えています。

Q:今の研究に至るまでの経緯を教えてください。

私の研究の出発点は、有機化学、特に分子や触媒そのものを対象とした基礎研究でした。学生の頃から静岡大学に来て間もない時期までは、「新しい分子をどう作るか」「どのような触媒が働くか」といったテーマに取り組んでいました。

その中で有機分子触媒に関する研究では、2006年にJACS（Journal of the American Chemical Society）に発表した論文が高い評価を受けました。JACSは、アメリカ化学会が刊行する、化学研究を専門に扱うフラッグシップジャーナルです。これらの論文は、2006年にJACSに掲載された論文の中で、被引用数において1位と7位となりました。この分野は2021年にノーベル化学賞の対象にもなった領域で、私自身も海外の研究拠点で経験を積みながら、その流れの中で研究を進めてきました。

ただ、その経験を通じて強く意識するようになったのは、分子そのものを追究する研究が非常に重要である一方で、その成果をどのように社会の中で役立つ形へつなげていくかという視点も同じくらい大切だということです。研究室で成果が出ても、それを実際の製造や社会実装へどう橋渡しするかは、また別の課題だからです。

そうした中で大きな転機となったのが、プロセス化学という分野との出会いでした。プロセス化学は、基礎研究で生まれた成果を、実際の製造や社会実装へとつなげていく領域です。いわば、研究室と工場、生産の現場との間を橋渡しする役割を持つ分野だといえます。この考え方に触れたことで、自分の研究の方向性が大きく変わりました。

私は2000年代半ばからプロセス化学会に参加し、アカデミアと産業界の双方の研究者が、どのように基礎研究の成果を実際のものづくりへとつなげているのかを学んできました。その中で、単に新しい分子を合成するだけではなく、「どうすれば実際に使える形でつくれるのか」を考えることの重要性を強く意識するようになりました。

また、准教授に就任した時期でもあり、自分の研究として何を軸にしていくのかを改めて考える機会でもあったのです。その中で、「分子そのもの」だけでなく、「それをどう作るか」というプロセスに目を向けることが重要だと考えるようになりました。

そこで私は、分子設計の知識をベースにしながら、ファインバブルやフロー化学といったプロセス技術に取り組むようになりました。これらの技術は、基礎研究と実際の生産の間をつなぎやすく、自分のこれまでの専門性も活かしながら、社会実装へと結びつけていけると考えたからです。

さらに近年では、機械学習などのデータ駆動型の手法も取り入れ、反応条件の最適化やプロセス設計を進めています。実験データを活用しながら効率よく条件を見いだすことで、より実用的なプロセスへとつなげることが可能になります。このように、基礎研究から出発し、それを社会の中で実際に活用できる形へと発展させていきたいという思いから、現在のグリーンものづくりの研究へとつながっています。振り返ってみると、分子から出発し、それをどう作るかというプロセスへ、さらに社会実装へと視点が広がってきた、というのが私の研究の流れだと思います。

“つくれる”を“つかえる”へ、スタートアップBubble&Flowの設立

Q：この研究における課題があれば教えてください。

この研究を進めるうえでは、大きく分けて技術的な側面と、社会実装という側面の両方で、乗り越えていくべきポイントがあると考えています。まず技術的な観点でいうと、ファインバブルやフロー合成といった手法は非常に有効な技術ではありますが、それだけですべての反応が自動的に効率化できるわけではありません。もともとの反応性が低い場合もあり、そのような場合には適切な触媒の設計や選択が不可欠になります。

そのため現在は、既存の触媒を効率的に評価・選定できる仕組みを整えつつ、必要に応じて専門分野の研究者と連携しながら、最適な反応条件の設計を進めています。こうした分野横断的な連携によって、より幅広い反応に対応できる基盤づくりに取り組んでいます。

また、ファインバブルは非常に微細なサイズであるため、直接目で確認することが難しい特徴があります。そのため、専用の測定装置やデータ解析を組み合わせながら、ファインバブルの状態と反応との関係を丁寧に評価し、再現性の高い技術として確立していくことが重要になります。

次に社会実装という観点では、新しい技術を実際の生産現場に導入するためには、既存の設備やプロセスとの適合性を考慮する必要があります。すでに最適化された生産ラインに対しては、その技術の特性を活かせる領域を見極めながら導入していくことが重要になります。

特に、付加価値の高い製品や、新たな機能を持つ化合物の開発と組み合わせていくことで、ファインバブルやフロー合成の技術はより効果的に活用できると考えています。その意味では、基礎研究と応用研究の連携、さらには産学連携を含めた取り組みが、今後ますます重要になっていくでしょう。

現在は、こうした課題に対応するために、反応の最適化を自動的に行うシステムの構築にも取り組んでいます。実験条件をプログラムとして設定することで、データを蓄積しながら効率的に最適条件を見いだすことができ、開発スピードの向上と再現性の確保の両立が可能になります。このように、一つひとつの技術を磨きながら、それらを組み合わせていくことで、より実用的で持続可能なものづくりへとつなげていきたいと考えています。

Q：2024年にスタートアップ企業、株式会社Bubble&Flowを立ち上げられました。経緯と具体的な取り組みについて教えてください。

正直なところ、当初は自分から積極的に起業しようとは考えていませんでした。研究に関する相談は以前から数多く寄せられており、起業という可能性を意識したことはありましたが、私は子どもが4人いることもあって、生活面も含めて自力で会社を立ち上げるのは現実的ではないと考えていました。そのため、研究室の枠を超えるような案件については、お断りしていた時期もあります。そうした中で転機になったのが、2023年に先端技術共創機構（ATAC）からご連絡をいただいたことでした。自分自身は研究開発に専念しつつ、それ以外の会社経営に関することはすべてお任せできる体制をご提案いただき、それであれば自分の研究を社会実装へつなげる新しい形がつくれるのではないかと考え、2024年に、株式会社Bubble&Flowを立ち上げました。私は取締役の一人として、研究と両立しながら社会実装にも関わっています。

もともと私自身、ファインバブルやフロー合成を活用して、実際に使えるプロセスをつくりたいという思いを持っていました。企業からの相談でも、次第に「本当に実現できるのか」「生産につなげられるのか」といった、社会実装を前提とした検証が求められるようになっていきました。

そこでBubble&Flowでは、まず企業からの課題に対して、その反応やプロセスが実際に成立するかどうかを検証するところからスタートしています。提供しているのは、特定の製品や装置そのものというより、企業が製造したい化学物質や抽出物、あるいはその中間体を対象に、それらを実現するための反応やプロセスの設計です。ファインバブルやフロー合成といった手法を用いることで、「そのプロセスが本当に成立するのか」「より効率的で安全な形にできるのか」を見極めていきます。

そのうえで、成立の見通しが立てば、次のフェーズとしてスケールアップ、つまり実際の生産につなげていく検討を企業と共同で進めていきます。このように、「成立性の検証」から「生産プロセスの設計」、そして「社会実装」までを段階的に支援していくのが、Bubble&Flowの基本的な流れです。

こうした取り組みが成り立っているのは、これまでの研究活動を通じて築いてきたネットワークや信頼関係があるからだと感じています。単に会社を立ち上げただけではなく、それまでの積み重ねがあって初めて、こうした形で事業が動き始めているのだと思います。

Q：この分野を志す学生にメッセージはありますか？

学生に対して、私がよく伝えているのは、「最初の一歩を踏み出すことの大切さ」です。よく「一般」と「特殊」は対義語のように語られますが、私はそうは思っていません。今では当たり前に使われている技術も、かつてはすべて“特殊”なものでした。つまり、一般と特殊は対立するものではなく、時間の中で変わっていくものです。

だからこそ、大切なのは「最初の一歩」です。誰もやっていないことに挑戦する、その一歩こそが新しい“当たり前”を生み出します。私は、授業でも研究室でも、最初に手を挙げた学生や、最初に質問した学生を必ず褒めるようにしています。たとえ内容が不十分でも構いません。まず一歩を踏み出せるかどうかが、研究者に向いているかどうかの大きな分かれ目になるからです。

実際、私自身が取り組んできた水溶媒、超臨界流体、マイクロ波といった技術も、当初は特殊な技術でした。しかし今では、多くの研究で一般的に使われるようになっています。現在私が取り組んでいる技術も、いずれは同じように広がっていくと考えています。だから、「人と違うこと」を恐れる必要はありません。むしろ、そこにこそ価値があります。先輩や周囲と同じことをなぞるだけでは、新しいものは生まれません。

もう一つ、海外での経験から強く感じたのは、「オリジナリティ」と「表現力」の重要性です。技術面では、日本の研究レベルは非常に高く、海外でも十分通用します。ただし、トップレベルの研究者は、自分のアイデアを形にし、それを的確に伝える力が際立っています。短い時間で集中し、優れたアイデアと表現で成果を出す。その姿勢には大きな刺激を受けました。

また、海外では専門分野ごとの分業が進んでおり、それぞれの領域で非常に深い知識を持った人材が集まっています。そうした環境の中で、自分の強みをどう発揮するかも重要な視点です。とはいえ、最初からすべてができる必要はありません。まずは一歩踏み出すこと。その挑戦の積み重ねが、自分の研究を形づくっていきます。ぜひ、自分の興味や違和感を大切にしながら、一歩を踏み出してみてください。そこから、新しい世界が広がっていくはずです。

Q：最後に、今後の展望について教えてください。

一番力を入れていきたいのは、研究成果をきちんと社会実装につなげていくことです。大学の研究者としてはもちろん基礎研究をさらに深めていくことは大前提です。これまで取り組んできたプロセス化学の研究を、より本質的なところまで掘り下げていきたいという思いは、これからも変わりません。

一方で、それと同じくらい大事にしているのが、研究を実際の社会の中で役立つ形にまで育てていくことです。今はベンチャーも立ち上げたので、研究成果を単なる可能性の段階で終わらせるのではなく、実際に花開かせるところまで持っていきたい。研究を進化させるだけでなく、社会の中で実現するところまで責任を持って取り組みたいと思っています。

また、現在は静岡大学グリーン科学技術研究所の所長も務めているので、学際的な連携を広げていくことも大きなテーマです。異なる分野の研究者が横につながることで、新しい発想や新しいテーマが生まれてきます。そうした横の広がりから、新たな芽を育てていくことも、自分の立場として果たすべき重要な役割だと捉えています。

幸い、総合大学という環境の中で、さまざまな部局の研究者と連携できる土台があります。実際に研究所には複数の部局にまたがるメンバーが集まっており、そうした強みを生かしながら、グリーンものづくりの可能性をさらに広げていきたいところです。基礎研究を深めること、社会実装を進めること、そして学際的な連携から新しい芽を生み出すこと。その3つをこれからの柱として、研究を発展させていきたいと思っています。（了）