大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.今回の講義では主に自動車の工場の仕組みについてのお話を聞きました。工場の種類として組み立て工場とプロセス工場があり、組み立て工場では主に物質を、プロセス工場では主に物質を作っているというお話が印象に残りました。他にも鉄をそのままにしてしまうと錆びてしまうので電着塗装を施すことで表面を保護し、錆を防いでいると学びました。 今回のワークショップでは自動車の排ガス浄化触媒について調べました。主な触媒はPt、Rh、Pbの三種類で、助触媒としてCeO2、ZrO2なども用いられていることがわかりました。これらの触媒は多孔質のステンレスやセラミックスの成型体上に焼き付けて利用されているということも知りました。 今回の復習として車の電着塗装について調べてみました。電着塗装は車の塗装工程の一番最初の工程である下塗りとして施され、スプレーでは届きにくい複雑な形状の隙間などにも塗装を施すことができることを学びました。
A. 自動車などの塗装には電着塗装が使用されており、この技術はムラなく塗ることが可能である。ランギンサイクルは水を使用した外焼機関で、オットーサイクルはガソリンを使用した内焼機関である。圧縮しすぎて発火することをノッキングと言う。ガソリンスタンドで見かけるハイオクガソリンはオクタン価が高くノッキングが起きにくい。逆にオクタン価が低いものはノッキングが起きやすく危険である。オクタン価を無理矢理上げるために使用し公害になった物質で四エチル鉛がある。これが動力として燃やされた際の排気ガスに混じる鉛化合物が深刻な鉛中毒を起こす事件が過去に存在した。 ランギンサイクルは水を使用した外焼機関で、オットーサイクルはガソリンを使用した内焼機関である。ガソリンのオクタン価が高いと圧縮しすぎて発火するノッキングが起きにくいが、無理矢理オクタン価を上げるため四エチル鉛を使用し鉛中毒を引き起こした。 オクタン価を上げることができるのは魅力的であるが、それが公害に繋がってしまうのは良くないと感じた。
A.まず、講義では、自動車の製造工程や工業における生産形態の分類について扱った。自動車はプレス、ボディ、塗装、組立、検査の流れを経て製造され、物体を製造する「組立型」と、物質を加工・生産する「プロセス型」の違いを理解した。また、鉄の最大の弱点である「錆びやすさ」を克服するために、電着塗装などの高度な表面処理技術が不可欠であることを確認した。 続いて、ワークショップでは、自動車の排ガス浄化システムとその触媒技術について議論を行った。排気ガスの浄化には、プラチナやパラジウム、ロジウムといった貴金属触媒が活用されており、組立工程において車両へ組み込まれていることを確認した。さらに、これらの希少な貴金属材料は、天然資源からの採取に加え、使用済み自動車からのリサイクル回収（都市鉱山）によって持続的に確保されている実態を検証した。 最後に、復習では、燃料の特性評価指標やエンジンの構成材料について調べた。ガソリンのアンチノック性を示すオクタン価や軽油の自己着火性を示すセタン価の定義を整理し、ナフサ由来のガソリンにおける適正な燃料選択の重要性を確認した。また、熱エネルギーを機械エネルギーへと変換するエンジンには、鉄鋼業や窯業で製造された鉄、アルミニウム合金、セラミックスなどの無機材料が適材適所で組み合わされていることを整理した。
A.①講義では、自動車の製造プロセスとそこに活かされる化学工学や熱力学の基礎について学んだ。自動車の製造はプレスからボディ形成、塗装、組立、検査へと進むが、鉄の最大の問題点である酸化・腐食を防ぐために電着塗装などの高度な防錆技術が用いられている。また、作動流体や気体の状態方程式、逆カルノーサイクルをはじめとする各種熱サイクル（ディーゼルやブレイトン等）の理論が、エンジンの熱効率向上に深く関わっていることを理解した。 ② 本ワークショップでは、自動車製造における電着塗装などの防錆技術と、各種熱サイクル（ディーゼル、ブレイトン等）によるエネルギー変換について議論した。物体から物質への視点転換や熱効率向上に向けた工学的工夫について考えを共有した。多様な視点を取り入れつつ、材料特性の活用とエネルギー効率の追求が持続可能な製造に不可欠であるというグループの結論を得た。 ③ 講義で学んだ自動車の製造プロセスや熱力学サイクルを踏まえ、金属材料とエネルギー変換について個人で復習および考察を行った。自動車製造では鉄の腐食を防ぐ電着塗装などの表面処理技術が不可欠である。また、逆カルノーサイクルや内燃機関の熱効率の理解を通して、資源の有効利用と環境負荷低減に向けた化学工学的アプローチの重要性を認識した。
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A.① ハイオクガソリンは、レギュラーガソリンよりもオクタン価が高く、異常燃焼が起こりにくいという特徴がある。そのため、高圧縮比エンジンや高性能エンジンでは本来の性能を発揮しやすく、加速性能や出力の向上が期待できる。また、エンジン内部の清浄性を保つ添加剤が配合されている製品もあり、燃焼効率の維持に役立つ。ただし、レギュラーガソリン指定の車では性能向上の効果はほとんどなく、指定された燃料を使用することが重要である。 ② 自動車の材料のサプライチェーンは、鉄鉱石やボーキサイト、銅鉱石、原油などの資源採掘から始まる。これらの原料は製錬・精製され、鉄鋼、アルミニウム、銅、樹脂、ガラス、ゴムなどの材料となる。その後、部品メーカーでエンジン、車体、電子部品、タイヤなどに加工され、自動車メーカーで組み立てられる。完成した自動車は販売店を通じて消費者へ届けられ、使用後は解体されて鉄やアルミニウム、銅などが回収・リサイクルされる。このような循環型のサプライチェーンは、資源の有効活用と環境負荷の低減に貢献している。 ③ ハイオクガソリンは、エンジン性能を十分に発揮するための重要な燃料であり、車両に適した燃料を使用することが大切であることを理解した。また、自動車は多くの材料と多様な工程を経て製造されており、資源の採掘からリサイクルまでを含めたサプライチェーンを考えることが、持続可能なものづくりにつながることを学んだ。
A.自動車産業とカーボンニュートラルについて学んだ。自動車はプレス、ボディ製造、塗装、組立、検査という工程を経て製造される。製造では「物体」ではなく「物質」が変化して製品になるというプロセスの考え方が重要であることを学んだ。また、鉄は錆びやすいという弱点があるため、電着塗装によって腐食を防いでいることも理解した。 さらに、自動車のエンジンでは作動流体を利用して熱エネルギーを仕事へ変換する熱機関が使われている。理想気体の状態方程式 PV=nRT を基礎として、カルノーサイクルやオットーサイクル、ディーゼルサイクル、ブレイトンサイクルなどの熱サイクルの特徴を学んだ。また、自動車の排ガス浄化触媒には白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属が用いられ、一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を二酸化炭素（CO?）、水（H?O）、窒素（N?）へ変換することで排ガスを浄化していることを学んだ。 グループでは、自動車の排ガス浄化触媒について調べた。排ガス浄化触媒には白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属が使用されている。これらの触媒は、有害な一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）の化学反応を促進し、二酸化炭素（CO?）、水（H?O）、窒素（N?）へ変換することで大気汚染を抑えている。排ガス浄化触媒は、自動車が環境負荷を低減し、カーボンニュートラル社会を目指すうえで重要な技術であることを学んだ。 自動車は多くの工程を経て製造され、塗装や組立だけでなく、材料や熱力学、化学反応など幅広い技術が使われていることを学んだ。特に、熱機関では熱サイクルを利用して効率よくエネルギーを取り出していることが印象に残った。 また、自動車の排ガス浄化触媒には貴金属が使われており、有害な排ガスを無害な物質へ変換する重要な役割を担っていることを理解した。今後は電気自動車や水素自動車などの次世代自動車についても調べ、カーボンニュートラルの実現に向けてどのような技術が必要なのかをさらに学びたいと考えた。
A.第10回では、自動車の製造工程と動力源について学んだ。自動車工場では鋼板を成形するプレス工程、部品を接合するボディ工程、腐食を防ぐ塗装工程、各種部品を取り付ける組立工程、完成後の検査工程を経て製品となる。また自動車のエンジンは熱を仕事へ変換する熱機関であり、ガソリンエンジンはオットーサイクル、ディーゼルエンジンはディーゼルサイクルを基本として説明できる。 授業課題では、自動車の排気ガス触媒について調べた。ガソリン車では三元触媒が使用され、一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素酸化物を同時に浄化する。触媒には白金やロジウムなどの貴金属が使われ、表面積を大きくするためセラミックス担体などの表面に担持される。排気系に取り付けられた触媒によって有害成分を酸化・還元し、排出量を減らす仕組みであり、使用後の触媒から貴金属を回収することも資源面で重要である。 復習では「オクタン価」について調べた。ガソリンエンジンでは、点火プラグによる正常な点火より前に混合気が自己着火するとノッキングが起こり、効率低下やエンジン損傷の原因となる。オクタン価はこの異常燃焼の起こりにくさを示す尺度で、値が高いほど耐ノッキング性が高い。かつては四エチル鉛などを加えてオクタン価を高めていたが、鉛による環境汚染が問題となり、現在では無鉛ガソリンが用いられている。
A.①講義の再話 本講義では、電着塗装について学んだ。鉄は錆びてしまうため、塗装は必須である。電着塗装とは、水に溶けた塗料のプールに品物を浸し、電気を流して細かい膜を作る方法である。主な種類としてカチオン電着塗装とアニオン電着塗装がある。熱機関の作動流体は一般には、理想気体としており、カルノーサイクルｐV＝ｎRTを用いる。カルノーサイクルとは、等温膨張、断熱膨張、等温圧縮、断熱圧縮の4つの工程を繰り返す、理論上最も効率の良い熱機関のサイクルである。フランスの物理学者ニコラ・レオナール・サディ・カルノーが考案した。 ②発表の要旨 自動車の排ガスを浄化するために三元触媒が使われていることを学んだ。三元触媒は、ガソリン自動車の排気ガスに含まれる3つの有害成分（一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物）を、化学反応によって同時に無害な物質（二酸化炭素、水、窒素）へ浄化する装置である。筒の内部は蜂の巣状（ハニカム構造）になっており、表面積を広げて排気ガスと効率よく接触するように設計されている。触媒として、白金 (Pt)、パラジウム (Pd)、ロジウム (Rh) といった高価な貴金属が使用されている。 ③復習の内容 オクタン価(ガソリンエンジン向け)について復習した。ガソリンは空気と混ぜて圧縮した後にプラグで点火するため、プラグ点火前に勝手に爆発（自己着火）しない「燃えにくさ」が求められる。数値が高いとノッキング（異常燃焼）が起きにくく、エンジンのパワーを最大限に引き出せる。セタン価（ディーゼルエンジン向け）についても理解した。
A.①自動車製造はプレス、塗装、組立、検査からなり、プロセス系（塗装等）を含む組立型製造とロボット自動化の典型である。シートにはPVC等の樹脂が用いられる。VQエンジンは軽量なアルミ製の内燃機関であり、理論上はカルノーサイクル、実在作動流体では効率評価の基礎となる。エンジンは高圧縮比化で熱効率が高まるがノッキングが発生しやすくなる。防止には高オクタン価燃料が必要だが、過去の有鉛ガソリン（テトラエチル鉛）は毒性から全廃され、無鉛高オクタン価化技術が用いられている。 ②自動車の排ガス浄化には、白金（Pt）、ロジウム（Rh）、パラジウム（Pd）などの貴金属を担体に担持させた「三元触媒」が用いられる。排気中の有害物質である一酸化炭素（CO）、未燃炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を同時に化学反応させる。COとHCは酸化反応により無害な二酸化炭素と水へ、NOxは還元反応により窒素へと変換・浄化され、環境負荷を低減する。 ③自動車材料のサプライチェーンは、多岐にわたる資源の採掘から加工、車体への組み込み、リサイクルに至る国際的な循環構造を持つ。上流では鉄鉱石やアルミ、樹脂原料、触媒用の貴金属（Pt等）を調達・精錬する。中流では鋼板や三元触媒、樹脂部材へ加工し、下流の自動車メーカーでプレス・塗装・組立を経て車両が完成する。近年は製鉄・精錬時の 二酸化炭素削減や、資源リスクに対応する貴金属等の静脈リサイクルの確立が重要課題である。
A.1)第10回の授業では、自動車の製造工程やエンジンの基本原理、カーボンニュートラルに向けた課題について学んだ。自動車はプレス、ボディ、塗装、組み立て、検査の工程を経て製造され、それぞれの工程で自動化技術が活用されていることを理解した。特に塗装工程では、カチオン電着塗装によってエポキシ樹脂の被膜を形成し、鉄の弱点である錆を防止していることを学んだ。また、組み立て工程では多くの部品を正確に組み合わせ、検査工程では安全性や性能を確認していることを理解した。さらに、エンジンの各種サイクルについて学び、燃料を燃焼させて動力を得る仕組みと、脱炭素化に向けた技術的な課題について考えることができた。 2)ワークショップでは、自動車の排ガス浄化に用いられる触媒技術について調査・発表を行った。自動車の排ガスには一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）などの有害物質が含まれているが、三元触媒を用いることで二酸化炭素（CO?）、水（H?O）、窒素（N?）へ変換し、無害化していることを学んだ。この反応には白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属触媒が使用され、触媒自身は反応前後で変化せず、化学反応を促進する役割を果たしていることを理解した。自動車の環境負荷低減には、エンジン技術だけでなく、このような触媒による排ガス処理技術が重要であると分かった。 3)熱サイクルと自動車材料のサプライチェーンについて学んだ。熱サイクルは、作動流体の状態変化を利用して熱エネルギーを仕事へ変換する仕組みであり、ランキンサイクルやブレイトンサイクルなどが発電設備や空調機器に応用されていることを理解した。また、自動車の製造には鉄鋼を中心とした材料サプライチェーンが存在し、鉄鋼は主にボディなどの構造材料として利用されている。さらに、燃費向上や環境負荷低減のため、軽量化を目的として合金材料が使用され、薄くても高い強度を持つ車体設計が行われていることを学んだ。材料技術の発展が、自動車の性能向上や省エネルギー化に大きく貢献していることを理解した。
A.① 講義の再話 今回の講義では、熱機関から電気自動車（EV）への技術の変化と、モビリティの発展について学んだ。カルノーサイクルやオットーサイクル、ディーゼルサイクルなどの熱機関の仕組みを理解するとともに、EVではバッテリーを利用したエネルギー変換が行われることを学んだ。また、V2Hや自動車材料のリサイクルなど、持続可能な社会に向けた技術についても理解した。 ② 発表の要旨 発表では、EVの普及とエネルギー利用の変化について説明した。EVは移動手段だけでなく、蓄電池として住宅へ電力を供給するV2Hにも活用されていることを学んだ。また、組立型工業である自動車産業では、鉄やアルミニウムなどの材料をリサイクルし、資源を有効活用することが重要であると理解した。 ③ 復習の内容 今回の講義を通して、熱機関とEVではエネルギーの利用方法が大きく異なることを再認識した。特に、EVのバッテリーを活用したV2Hや、自動車材料のリサイクルの重要性が印象に残った。今後は、環境負荷の低減やエネルギー利用の効率化についてさらに学びを深めたい。
A.(1) 本講義では、組み立て型工業の代表例である自動車の製造プロセス（プレス、ボディ溶接、塗装、組立、検査）と、持続可能なモビリティ社会に向けた熱機関・環境技術について学んだ。車体の防錆には電気化学を利用したカチオン電着塗装が用いられ、車体軽量化のための高張力鋼板やアルミ材の採用など材料工学の高度な技術が凝縮されている。また、内燃機関における熱効率や燃料のノッキング特性（オクタン価・セタン価）の原理を整理した。さらに、カーボンニュートラル実現に向けては、車両の電動化だけでなく電力の発電方式から見直す総合的なエネルギー供給構造の変革が不可欠であることを理解した。 (2)「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」という課題では、有害物質から無害物質に変化させる触媒について議論した。グループ名なし、共著者:齋藤龍人、志摩勇成、中川雅貴、山岸寮馬、私の役割は原稿執筆であった。 自動車の排ガスは、三元触媒などにより有害なCOやHC、NOを無害な物質へと化学反応で変換・浄化している。この触媒の製造・取付工程では、まずハニカム構造のセラミック等にプラチナやパラジウムなどの貴金属をコーティングし、ケースに収めてマフラーなどの排気システム一連の部品として車体に組み込む。触媒に不可欠な貴金属やレアアースは南アフリカや中国などに偏在しており、採掘から精錬、部品化を経て自動車メーカーへ至るサプライチェーンは、地政学的リスクや価格変動の影響を受けやすい課題があります。そのため、調達先の多角化やリサイクル体制の構築が極めて重要である。 (3) 講義と演習の復習を経て、紙や繊維は単なる日常消耗品にとどまらず、素材産業や基礎化学工業が結節した複合的な技術体系の上に成立していることを深く認識した。過去のアスベストによる健康被害から安全性に優れた人工ガラス繊維への代替が進んだ歴史や、高分子化学に基づく分子構造制御による高機能衣料の開発など、材料の安全性と機能向上を両立させる重要性を学んだ。原料採掘から蒸解・漂白・加工・流通に至るサプライチェーンのどこかが寸断されると社会生活に甚大な影響を与えることを理解し、持続可能な資源利用と技術開発のあり方について考察を深めた。
A. 授業では、自動車の製造工程について、プレス工程、ボディ行程、塗装工程、検査工程というものがある。これは組立工程と言い、その他には化学薬品などで化学反応を利用して製造活動をプロセス工程という。また、授業では外燃機関と内燃機関に関連して、有鉛ガソリンについて学んだ。ガソリンはオクタン価が低いと ノッキングを起こしてしまう。それを抑えるために有鉛ガソリンというオクタン価が高いものを利用してノッキングを防いでいた。しかし、後に体内に蓄積し、公害に発展したため利用されなくなった。 グループワークでは、自動車の排ガス浄化触媒について調べた。グループ名は未記入で、共同著作者は齋藤考裕、佐藤京太郎、西村優社で役割は概念化と調査であった。調排ガス浄化触媒は触媒抗体にウォッシュコート法でコーティングし、排気管の中に組み込まれる。Pt-Ru触媒によって一酸化炭素を二酸化炭素にし、有毒性を打ち消していることがわかった。 個人の発展では、有鉛ガソリンはなぜノッキングしにくいのかについて考えた。ガソリンがノッキングする理由は点火プラグで燃える前に勝手に燃え始まることが原因である。つまり、鉛を入れることで燃焼中のラジカル反応を防ぎ、勝手な燃焼を抑制することでノッキングが防がれていたことがわかった。
A.（１）第10回授業では、「自動車がなくなったら－目指せカーボンニュートラル－」について学んだ。授業では、自動車の製造工程がプレス加工、ボディ製作、塗装、組立、検査の順に行われることや、自動車のような組立型産業は鉄鋼や石油化学などのプロセス型産業によって支えられていることを学んだ。また、鉄の腐食を防ぐためにカチオン電着塗装が用いられていることや、軽量化のためにアルミニウムが利用されていることを理解した。さらに、エンジンは熱エネルギーを機械エネルギーに変換する熱機関であり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの仕組み、燃料の性質、オクタン価とノッキングの関係について学んだ。また、ECUによる燃焼制御や、排気ガス中の有害物質を触媒によって浄化する技術について理解した。 （２）演題「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」では、排ガス浄化触媒について調べた。三元触媒は一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を浄化する装置であり、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属が酸化反応や還元反応を促進することで有害物質を二酸化炭素、水、窒素へ変換することを学んだ。また、触媒コンバーターはハニカム担体に触媒成分を担持して製造され、排気系ユニットとして車体に組み込まれることを理解した。さらに、触媒に使用される貴金属は南アフリカ共和国やロシアなどから供給され、使用済み触媒からのリサイクルも重要であることを学んだ。加えて、酸素貯蔵材料として用いられるセリウムなどのレアアースは中国への依存度が高く、資源確保やリサイクル技術の重要性について考察した。 （３）復習では、自動車は機械工学、材料工学、化学工学、エネルギー工学など多くの技術によって支えられていることを再確認した。また、原料調達から製造、利用、リサイクルまでのサプライチェーンが重要であり、資源の安定供給と環境負荷低減が今後の課題であることを理解した。さらに、カーボンニュートラル実現に向けて、自動車技術や排ガス浄化技術のさらなる発展が期待されることを学んだ。
A.①「工場のしくみ」から、自動車の作り方を確認した。組立型とプロセス型があり、自動車の場合は組立型である。また、骨格に使われている鉄はさびやすいため、錆を防ぐために塗装を行う。塗装は電着塗装であり、自動車の場合はカチオン電着塗装が使われる。エンジンにはアルミニウムが使われている。また、オットーサイクルについて学んだ。できるだけ圧縮することで効率を上げることができる。圧電素子について、圧力を印加すると分極するものを圧電体と呼ぶ。 ②グループワークでは、自動車の排ガス浄化触媒について調べた。触媒には、プラチナ、ロジウム、パラジウムなどの貴金属が使われていることがわかった。排ガスに含まれる有害物質には一酸化炭素、炭化水素、ノックスなどがある。 ③車はディーゼルサイクル（エンジン）を使っている。また、灯油などはブレイトンサイクルによってジェットエンジンなどに利用されている。発電機にはタービン（開放系）が使われている。圧縮比はエンジンによって変化し、圧縮しすぎると発火する。自然発火しにくさをオクタン価といい、オクタン価が96以上あるとハイオクである。
A.①自動車はプレス、ボディ、塗装、組立、検査の5工程で製造され、自動化が進む一方で人による品質確認も重要である。組立が物体を作るのに対し、プロセスは物質を作る点が異なる。シートにはポリエステル系繊維やリサイクル服が利用されている。また、鉄の最大の弱点である錆びを防ぐためにカチオン電着塗装が用いられる。エンジンではオットーサイクルが基本で、蒸気機関は重い外燃機関から軽量な内燃機関へと発展した。圧縮比やオクタン価は性能に関係し、鉛は公害問題を引き起こした。 ②グループワークでは自動車の排ガス浄化触媒について調べてみましょうについて班名なし、地主葵、佐藤京太郎、西村優社と共に一酸化炭素を減らす方法を調査した。そこで使用される触媒として、白金、白金-ルテニウム触媒が挙げられていた。また、ウォッシュコート法があり、ハニカム構造に酸化物スラリーをコーティングして焼き付けるといった方法も提示されていた。これらの機能は自動車のマフラーの内部に搭載されている。 ③自動車を製造する過程で自動化されているのは主にプレス、ボディ、塗装で、組立は多種多様な部品を複雑に組み立てることから今でも人が行っている。検査については機械と人の目両方を用いて行っている。製造プロセスをより効率的なものにするには、自動化があまり進んでいない組立工程の自動化について考えると良いと考えた。それを実現するために、自動車の部品の構造をより分かりやすい複雑でないものを発明することで、次回でも組み立てが可能になり、自動化を進められると考えた。その一方、人の仕事がなくなっていくという問題と向き合っていく必要性が増大することも考えられた。
A.今回の講義では自動車がなくなったら-目指せカーボンニュートラルについて学んだ。 自動車の製造工程はプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組み立て工程、検査工程を行い、錆防止のための電気化学を利用した電着塗装、エンジンについてはガソリンエンジンとディーゼルエンジン、圧電素子や熱機関のカルノーサイクルからオットーサイクルへの変遷について学んだ。 グループワークでは自動車の排ガス浄化触媒について調べてみようをテーマに自動車の排ガス浄化触媒について調べた。自動車の排ガス浄化触媒には白金、パラジウム、ロジウムが使用され、触媒内部はハニカム(ハチの巣)の構造となっており、窒素酸化物を還元することで、有害な排ガスを二酸化炭素・水・窒素へ変換することを学んだ。 自動車のオットーサイクルとカルノーサイクルは、どちらも熱エネルギーを機械的仕事へ変換する熱機関の理論サイクルである。しかしオットーサイクルは、ガソリンエンジンの基本となる理論サイクルで、一方、カルノーサイクルは、理論上最も高い熱効率を実現できる理想熱機関として提案されたサイクルであるという違いがあるということを学んだ。
A.①自動車の作り方についてや、電着塗装、オットーサイクルについて考える。 ②車の排出と触媒について発表していた。 ③自動車の排ガスには、一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）などの有害物質が含まれている。これらを浄化するために、自動車には排ガス浄化触媒が搭載されている。現在のガソリン車では主に三元触媒が用いられており、白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属を触媒として利用することで、有害物質を二酸化炭素（CO?）、水（H?O）、窒素（N?）へと変換している。触媒は化学反応を促進する役割を持つが、自身は反応の前後でほとんど消費されないという特徴がある。 自動車用触媒は、まずセラミック製のハニカム構造の基材を製造し、その表面にアルミナやセリアなどのウォッシュコートを施すことで表面積を大きくする。その後、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属を担持し、乾燥・焼成を経て触媒として機能する状態にする。完成した触媒は金属ケースに組み込まれ、触媒コンバータとして排気系部品に組み付けられる。自動車工場では、エンジンから排出されたガスが最初に触媒を通過するように、エキゾーストマニホールドとマフラーの間に取り付けられることが一般的である。 触媒には貴金属だけでなく、セリウム（Ce）やランタン（La）などのレアアースも使用されている。特にセリウムは酸素を蓄えたり放出したりする能力を持ち、排ガスの浄化性能を安定させる重要な役割を果たしている。しかし、これらの資源は世界中で均等に産出されるわけではない。白金族金属は主に南アフリカやロシアで生産されており、レアアースは中国への依存度が高い。このため、産出国の政治情勢や経済状況、輸出規制などによって供給が不安定になるリスクが存在する。 このようなサプライチェーン上の課題に対応するため、使用済み触媒から貴金属を回収して再利用するリサイクル技術が重要視されている。近年では「都市鉱山」と呼ばれるように、廃車や使用済み触媒から貴重な資源を回収する取り組みが進められている。また、電気自動車（EV）の普及によって将来的には触媒需要が減少すると考えられるが、ハイブリッド車やガソリン車は今後もしばらく利用されるため、排ガス浄化触媒は引き続き重要な技術である。 このように、自動車用触媒は環境保全に大きく貢献する技術であると同時に、貴金属やレアアースの安定供給、リサイクル技術の発展など、資源問題とも深く関わる重要な産業分野である。
A.①工学や製造技術に関する複数の基礎知識をまとめたものである。内容は大きく3つの要素に分けられる。 1つ目は製造プロセスだ。自動車などの生産ラインを表す「プレス→ボディ→塗装→組立→検査」の流れや、物質と物体の関係性が示されている。2つ目は材料の知識で、繊維成分である「セルロース」がグルコースの連なったものであるという化学的特徴が書かれている。3つ目は熱力学であり、「熱機関」や「作動流体」というキーワードとともに、理想気体の状態方程式である「pV = mRT」が記されている。 この講義は、モノづくりの工程から材料特性、エネルギー変換の基礎理論までを横断的に扱う、技術・工学系の授業であると考えられる。 ②241【平常演習】自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう グループ名なし 小野朋夏 長谷川桜優 東海林春香 千場花凜 自動車の触媒は、排気ガス中の有害物質を化学反応で無害な窒素や水、二酸化炭素に変換する装置だ。 製造工程では、蜂の巣状のセラミックスにプラチナなどの貴金属をコーティングし、振動対策のケースに溶接してコンバーターにする。これが車体底面の排気パイプに組み込まれる。 触媒に必要な貴金属やレアアースは、南アフリカ、ロシア、中国などに産出が偏る。そのため、地政学的な供給リスクや価格高騰、採掘時の環境破壊、労働問題といった課題を抱えている。対策として、資源の使用量を減らす技術開発や、使用済み車両からのリサイクル強化が進められている。 ③自動車の排ガス浄化触媒は、蜂の巣状のセラミックスに貴金属をコーティングして有害物質を無害な物質に変換し、排気パイプに組み込まれる。製造にはプラチナ等の貴金属やレアアースが不可欠だが、これらは産出国が偏るため地政学的リスクや価格高騰、環境・労働問題などの課題を抱える。対策として、資源の削減技術や使用済み車両からのリサイクル強化が進められている。
A.講義では、パルプや繊維を原料とする紙製品が生活に不可欠であり、資源循環や環境負荷の観点からその製造・再利用技術が重要であることが説明された。紙は私たちの日常生活に深く根付いた素材であり、講義ではパルプ化の工程や再生紙の製造技術、そして森林資源の持続的利用についても触れられた。特に、セルロース繊維の化学的処理や漂白工程が環境に与える影響を考慮し、より環境負荷の少ない製造方法の開発が進められていることが紹介された。 発表では、トイレットペーパーを例に、パルプ・紙・繊維産業が原料調達から廃棄までのサプライチェーンを通じて持続可能な社会に貢献していることを述べた。森林資源の管理や再生パルプの利用、製品の品質を保証するJIS P・L分野の規格が、環境保全と生活の快適さを両立させている点が強調された。また、紙製品のリサイクル率向上や省エネルギー化技術の進展が、循環型社会の形成に不可欠であることが説明された。発表では、身近な製品が科学技術と環境倫理の両面から支えられていることを具体的に示し、産業と生活のつながりを再認識する内容となった。 復習では、JIS P・L分野における品質規格とリサイクル技術を整理し、資源の有効利用が環境保全と生活基盤の維持に直結することを理解した。紙の製造から再利用までの工程を通じて、技術者が環境負荷を最小限に抑える工夫をしていることを学んだ。また、消費者の分別意識や企業の責任ある生産活動が、持続可能な社会の実現に欠かせないことを再認識した。紙という身近な素材を通して、科学技術が人々の生活と地球環境を結びつける役割を果たしていることを深く感じた。
A.カーボンニュートラルの実現に向けた自動車産業の転換において、物質を扱う化学プロセスと物体を扱う組立プロセスの融合が不可欠である。電気自動車（ＢＥＶ）の航続距離は電費と電池容量に依存するが、リチウムイオン二次電池はガソリンと比較して重量あたりのエネルギー密度が低く、車体防錆のための電着塗装や構造軽量化などの材料技術が鍵を握る。また、いくら車両を電動化しても充電電力を火力発電の熱機関に頼ればカルノーサイクルに基づく二酸化炭素排出が免れないため、発電段階から見据えた総合的なエネルギー評価と製造プロセスの革新が極めて重要である。 演題「自動車の排ガス浄化触媒について調べよう」を グループ（共著者：小野朋夏、加藤美羽、東海林春花、千場花凛、長谷川桜優）で取り組んだ。ハニカム構造の内部に貴金属をコーティングした自動車用触媒が、排気ガス中の有害物質を化学反応で無害化する仕組みを検証した。私はこの共同創作において、窒素酸化物の還元や一酸化炭素および炭化水素の酸化による窒素・酸素・二酸化炭素・水蒸気への変換反応を整理し、成果物として記録・執筆する「論考・執筆（Writing ? original draft）」の役割を果たした。 授業後の復習として、熱サイクルとその応用についてエアコンを例に個人で考察を深めた。理論上最高の熱効率を示すカルノーサイクルを逆回転させた熱交換技術は、多種多様な無機材料によって支えられている。熱交換器の配管には電解精錬による銅、駆動部には鋼鉄、冷媒の原料にはフッ化水素、制御基板には高純度シリコンやセラミックスが用いられ、非鉄金属・鉄鋼・酸アルカリ・電気化学・窯業という無機化学の全分野が結集している。理想的な熱サイクルを安全かつ効率的に実現するためには、高度な無機工業化学の発展が不可欠であると実感した。
A.
A. 講義では、オクタン価を上げるために添加する物質についての話があった。オクタン価を向上させるための添加剤は、過去には鉛のような有害物質が使われていた。これが重大な大気汚染や触媒劣化を引き起こす公害の原因となった。アルキル鉛は、強力なオクタン価向上作用を持っていたが、大気中に排出された鉛が鉛中毒という深刻な公害を引き起こし、1970年代半ば以降に世界的に使用禁止となった。 「自動車の排ガスは、触媒で浄化されている。触媒について調べましょう。また自動車に触媒を取り付けるにあたって、どのような工程で自動車にとりつけるのか調べてみましょう。」という設問について、グループワークを行なった。一般的にガソリン車では、有害物質を同時に浄化できる 三元触媒が用いられていた。三元触媒は、排出ガス中のCO, HC, NOxなどの有害成分を酸化・還元反応により二酸化炭素や水、窒素などの無害な物質へ変換する。触媒の製造から自動車へ組み込まれるまでは、触媒成分の生成、組み立て・溶接、車両への搭載という工程であった。 授業外では、さらに触媒に使われる貴金属やレアアースのサプライチェーンについて調べた。採掘・粗鉱生産、精錬・化学加工、触媒製造、自動車への組み込みと流通、リサイクルという工程があり、循環していた。パラジウムは主にロシアと南アフリカ、プラチナとロジウムは南アフリカに産地が大きく偏在している。そのため、地政学リスクや鉱山の操業状況によって供給不安や価格の乱高下が発生しやすいという課題があった。このような課題を解決するためには、レアメタル回収やリサイクルに積極的になる必要があると考える。
A.(1) 授業では自動車の製造プロセスと、塗装・エンジン技術における化学の応用を学んだ。プレス、溶接、電着塗装、内装・電装品の取り付け、厳格な最終検査に至る一連の工程を整理した。均一で強力な塗膜を形成する電着塗装の仕組みや、エンジンの燃焼効率を高める圧縮比の向上とノッキング現象の関係を理解した。かつてノッキング防止のために添加されていた有機鉛（4エチル鉛）が毒性ゆえに禁止された歴史を通じ、製品性能と安全性のトレードオフを学んだ。 (2) グループワークでは自動車の塗装技術と燃料添加剤の歴史的変遷について議論した。水溶性塗料と電気の引き合いを利用して複雑な形状にも均一に密着させる電着塗装の合理性を分析した。また、エンジンのノッキングを防ぐオクタン価向上のため、かつて使用された有害な4エチル鉛の禁止経緯を振り返り、製品の利便性や性能を優先するあまり人体への危険性を見過ごしてはならないという教訓をグループ全体で確認した。 (3) 自動車のような巨大な工業製品は、機械工学と化学技術の融合によって支えられていることを実感した。特に、有機鉛化合物のように「性能向上には極めて効果的だが、人体や環境に毒性がある」素材がかつて使われていた事実は非常に重い。現代の技術者には、目先の性能や効率向上に目を奪われることなく、使用中や廃棄後の毒性・環境負荷までを予見し、代替となる安全な技術（ハイオク化など）へ転換していく判断力と責任感が求められると痛感した。
A.①講義の再話 本講義では、自動車の排ガス浄化触媒の仕組みと、その製造や資源調達について学んだ。ガソリン車には三元触媒が広く使用されており、一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を化学反応によって二酸化炭素や窒素、水へと変換し、大気汚染を抑えている。触媒には白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属が使用され、触媒自体は反応の前後で消費されないという特徴を持っている。また、触媒はセラミックス製のハニカム構造を持つ担体に貴金属を均一に担持させて製造され、自動車の排気系に組み込まれることで高い浄化性能を発揮することを学んだ。さらに、触媒の性能だけでなく、希少資源を利用するため資源の安定供給やリサイクルも重要な課題であることが説明された。 ②発表の要旨 発表では、自動車用排ガス浄化触媒の製造工程とサプライチェーンについて調査した。まず、セラミックス製ハニカム担体を製造し、その表面にアルミナなどのコーティングを施した後、白金やパラジウム、ロジウムなどの貴金属を担持させる。その後、金属製ケースへ組み込み、排気管の途中に取り付けられて完成車へ搭載されることが紹介された。また、これらの貴金属は南アフリカやロシアなど限られた地域で産出されるため、世界情勢や資源価格の変動による影響を受けやすいことが課題として挙げられた。そのため、使用済み自動車の触媒から貴金属を回収・再利用するリサイクル技術が進められており、資源の有効活用と安定供給の両面で重要な役割を果たしていることが発表の要点であった。 ③復習の内容 講義後に復習を行い、自動車の排ガス浄化触媒は環境保全に欠かせない技術であることを改めて理解した。触媒によって有害物質を大幅に削減できる一方で、希少な貴金属を使用しているため、資源の確保やリサイクルが今後ますます重要になると感じた。また、触媒は単に化学反応を利用する技術ではなく、材料工学、無機化学、製造技術、資源循環など多くの分野が関係していることを学んだ。近年は電気自動車の普及が進んでいるが、内燃機関を搭載した自動車は世界中で依然として多く使用されており、高性能な排ガス浄化触媒は今後も重要な役割を担うと考えられる。今回の講義を通して、工業製品は性能だけでなく、資源の安定供給や環境への配慮、リサイクルまで含めて総合的に考えることが持続可能な社会の実現につながることを理解することができた。
A.本授業では、「自動車がなくなったら―目指せカーボンニュートラル―」というテーマを通して、自動車と環境問題の関係について学んだ。現代社会において自動車は移動手段として不可欠な存在であるが、その一方でガソリンやディーゼル燃料の使用による二酸化炭素排出が地球温暖化の大きな要因となっている。もし自動車がなくなった場合、人や物の移動は大きく制限され、社会や経済に多大な影響を与えると考えられる。そのため、自動車を完全になくすのではなく、環境負荷を低減しながら利用することが重要であり、その一つの方向性としてカーボンニュートラルの実現が求められている。電気自動車（EV）や燃料電池車（FCV）などの普及により、排出ガスの削減が進められているが、発電方法や水素製造の過程も含めて全体での環境負荷を考える必要があると理解した。 また、「自動車の排ガス浄化触媒」について調べることで、従来の内燃機関車においても環境対策が進められていることを学んだ。排ガス浄化触媒には、主にプラチナやパラジウム、ロジウムといった貴金属が用いられており、これらは有害な一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を無害な二酸化炭素や水、窒素へと変換する役割を持つ。三元触媒と呼ばれるこの技術は、エンジンの燃焼状態を適切に制御することで高い浄化効率を実現しており、自動車の環境性能向上に大きく貢献している。ただし、これらの触媒に使用される貴金属は希少であり、資源の確保やリサイクルも重要な課題であると感じた。 以上の内容を踏まえた復習として、自動車は便利な移動手段である一方で、環境に大きな影響を与える存在であることを再認識した。しかし、技術の進歩によってその影響を軽減する取り組みが進められており、排ガス浄化触媒や電動化技術はその代表例である。今後は、再生可能エネルギーの活用や資源循環の促進などを含め、より持続可能な交通システムの構築が求められると考える。本授業を通して、身近な自動車の背後にある環境技術の重要性を理解し、将来はこうした課題に対して主体的に関わっていく意識を持つことができた。
A.(1)自動車はプレス、ボディ、塗装、ぎ装、検査の流れで工場にて製造される。組み立て型が自動車に当てはまる。燃料となるガソリンや軽油、重油などは内燃機に当たり、圧縮比を上げるほど燃費が増え、上げ過ぎると発火を起こしてしまう。 (2)排ガスを酸化・還元して無害な気体に変える技術を三元触媒と呼び、ぎ装にて付け加えられる。排ガスが効率よく流れる排気管の最上流部に一般に取り付けられる。この材料にプラチナ、パラジウム、ロジウムがあり、有害物質を無害なものに変換・浄化する性質をもつ。 (3)かつてガソリンのオクタン価を上げるために鉛を混ぜたことがあり、それが原因で有機鉛が生成され人体・神経への健康被害を与えたことで社会問題になった。有機物は体内に蓄積され、外へ出ることはない。
A.①講義では、車を構成する部品について学んだ。車を動かすのに必要なエンジンと、エンジンを動かすための熱サイクルについて学んだり、エンジンや車のフレームがどのような材料からどのように作られているかをサプライチェーンでたどることで車がどのような材料から作られているかを学んだ。また、エンジンの構造についても学び、エンジンの内部ではガソリンでどのようにして動力を出しているかについても調べた。また、自動車の排ガス浄化触媒についても調べた。 ②発表では、自動車の浄化触媒について調べたところ、浄化触媒にはPt、Rh、Pbといったレアメタルが使われており、サプライチェーンの上流では外国からの輸入に頼っている現状であるため、輸入量を抑えるためにサプライチェーンの下流では電気化学によって高純度の触媒にもどしてリサイクルしていることが分かった。 ③復習として、自動車には様々な部品が使われており、その部品それぞれのサプライチェーンがあるということから、自動車はその部品の材料と部品をつくるために使われた技術の結晶であり、だからこそ工業製品としての価値も高いということが分かった。
A.自動車について説明します。自動車は、プレス→ボディ→塗装→組み立て→検査の順番で完成させます。組み立てにおけるシートの中身は衣服のリサイクルが使われています。塗装工程では、車体を洗浄した後、さびを防ぐために電着塗装を行います。電着塗装は、塗料中で車体に電流を流して塗膜を均一に付着させる方法で、イオン化された塗料の電気泳動原料によるものですアニオン系、カチオン系などがあります。その後、下塗り・中塗り・上塗りを施し、乾燥させて耐久性と美観を高めます。最後に検査を行い、出荷されます。 グループワークでは、金属触媒について調べました。金属触媒とは、金属やその化合物を利用した触媒であり、化学反応の速度を速める働きを持ちます。白金、パラジウム、ニッケルなどが代表的で、触媒自身は反応の前後でほとんど変化しません。金属表面に反応物が吸着することで活性化エネルギーが低下し、反応が効率よく進みます。自動車の排気ガス浄化装置や石油精製、アンモニア合成など、さまざまな工業分野で広く利用されています。 レギュラーガソリンとハイオクガソリンの違いについて説明します。レギュラーガソリンとハイオクガソリンの主な違いはオクタン価にあります。レギュラーガソリンのオクタン価は約89以上、ハイオクガソリンは96以上と高く、自己着火によるノッキングが起こりにくい特徴があります。そのため、圧縮比の高い高性能エンジンではハイオクガソリンが推奨されます。一方、レギュラー仕様車にハイオクを使用しても大きな性能向上は期待できません。用途やエンジンの設計に応じて適切な燃料を選ぶことが重要です。
A.今回の講義では、自動車の製造工程や熱機関、石油製品について学んだ。自動車のボディには電着塗装が施され、電圧を利用して塗料を均一に付着させることで、防錆性や耐久性を高めていることを理解した。また、熱機関では理想気体の状態方程式（PV＝nRT）を基に、カルノーサイクルやランキンサイクル、オットーサイクル、ディーゼルサイクル、ブレイトンサイクルなどの原理を学び、それぞれ圧力や圧縮比を利用してエネルギーを効率よく取り出す仕組みを理解した。さらに、石油から得られるナフサを原料としてガソリンや灯油、軽油、重油が製造されることや、ガソリンのノッキングを防ぐ指標であるオクタン価、高めるために用いられた四エチル鉛が環境や健康へ悪影響を及ぼしたことも学んだ。加えて、圧電体や焦電体などの機能性材料についても理解を深めた。 本議論では、自動者排ガス浄化で用いられる触媒について議論した。グループ名「浄化触媒のサプライチェーン」メンバー「24512416荒川琴音」「24512866菅原優南」「24512360川村真由」「24512194岡崎なな子」「24512326佐野愛莉」「24512323?橋璃和」で行い、私は資料作成係として議論に参加した。触媒の例としてPt,Rh,Pdなどの貴金属や、複合酸化物があり、これらを共担持し、多孔質のステンレス製がセラミックス成形体上に焼き付けて使用する。サプライチェーンについてはまず貴金属らの採掘から精製・材料の製造をし、加工する。その後メーカーで触媒を製造し、担体に貴金属をコーティングするような流れであるということが分かった。 製品の性能を支える材料科学や、社会を支える技術の裏側にある複雑なサプライチェーンを理解する重要性を実感した。今後も、科学的原理と工業技術のつながりを意識しながら学びを深めていきたい。
A. 第10回の授業では、自動車の製造工程とエンジンの基本原理を学び、カーボンニュートラルへの課題を考えた。車はプレス・ボディ・塗装・組み立て・検査の工程を経て完成し、鉄の弱点である「錆び」を防ぐ技術が重要となる。また、ランキン・オットー・ディーゼル・ブレイトンといった各種サイクルを通じて、外燃機関と内燃機関の違いを理解した。燃料の燃焼が動力に直結する仕組みを学ぶことで、脱炭素化の難しさと技術的課題を実感した。 班では自動車の排ガス浄化に使われる三元触媒を調べた。三元触媒は白金・パラジウム・ロジウムなどの貴金属を用い、CO・HC・NOxを無害な物質へ変換する役割を持つ。触媒はセラミックス製のハニカム担体にウォッシュコートを施し、貴金属を担持して作られる。貴金属は南アフリカやロシアで採掘されるが、産出地域が限られ供給が不安定であるため、使用済み触媒からの回収・リサイクルが重要であると理解した。 復習では、カーボンニュートラルに向けた自動車材料として電気自動車のモーター用磁石を調べた。モーターにはネオジム磁石が使われ、高い磁力によって効率的な駆動が可能となる。しかし、ネオジムやジスプロシウムなどのレアアースは産出国が限られ、供給リスクが大きい点が課題である。近年はリサイクル技術や代替磁石の研究が進み、資源確保と環境負荷低減の両立が求められている。排ガス触媒の議論と合わせて、自動車産業は材料のサプライチェーン全体を見据えた取り組みが不可欠だと理解した。
A.１０－１）再話 １０回の授業では、車の内装は使われた衣服の再生利用であることや電着塗装について学んだ。鉄は錆びてしまうため、塗装は必須である。この時の塗装は電着塗装が主で、水溶性の塗料のプールに製品を浸し、電気を流して塗膜を形成させる塗装技術である。熱機関の作動流体は一般には、理想気体としており、カルノーサイクルｐV＝ｎRTを用いる。この考え方において、蒸気機関はガソリンになるかどうかはガソリンがそのまま作動流体になるという形で考えられる。 １０－２）発表 自動車の排ガス浄化触媒について、自動車の排ガス浄化触媒として、三元触媒を調べた。これはガソリン車の排気ガスに含まれる3つの有害物質を同時に化学反応させて、無害な物質に浄化する装置である。一酸化炭素、HC、NOxに対して有効であり、これらを二酸化炭素、水、窒素に変換できる特性がある。自動車への取り付けは触媒貴金属調達、キャニング加工、排気管の溶接の手順で可能である。 １０－３）復習 電着塗装の応用技術は、自動車の防錆だけでなく、精密電子部品の薄膜絶縁コーティング、機能性ポリイミド膜の形成、およびアルミ建材や鋳物への均一塗装へと広がっている。精密、機能性コーティングへの応用薄膜絶縁塗装として、数ミクロン単位の均一な絶縁膜を形成し、通信基地局の微細な電子部品・回路に対応する。感光性ポリイミド膜はポジ型感光剤を含んだ電着液を使い、立体的な基板上へ高精度なパターンや膜を形成する。複雑な形状への耐食性付与として、アルミ製エンジン部品の複雑な冷却水路の内壁などは通常の塗装が届かない部分まで均一に膜を施す必要がある。各種産業における実用化建材や外装としてアルミサッシ等のアルマイトラインと組み合わせた効率的な表面処理もある。
A.1. 講義の再話：この講義では、自動車を材料、機械、エネルギー、環境の総合的な製品として考えました。自動車はエンジン、車体、タイヤ、電池、電気装置など約20000点の部品から作られます。製造工程では、鋼板をプレスし、ボディを組み立て、塗装、艤装、検査を行います。エンジンでは、ガソリンを使うオットーサイクルや軽油を使うディーゼルサイクルによって、燃料の化学エネルギーを熱エネルギーに変え、さらに動力へ変換します。しかし、化石燃料を燃焼すると二酸化炭素が発生するため、地球温暖化との関係が問題になります。 2. 発表の要旨：自動車がなくなると、移動だけでなく、食品や日用品を運ぶ物流も大きな影響を受けることを説明しました。一方で、カーボンニュートラルを実現するには、電気自動車、燃料電池車、再生可能エネルギー、公共交通機関、軽量化、部品の再利用などを組み合わせる必要があります。 3. 復習の内容：鍛造と鋳造、ガソリンと軽油、オクタン価とセタン価、熱エネルギーから動力への変換を復習しました。カーボンニュートラルは単に走行中の排出をなくすことではなく、材料の製造、発電、使用、廃棄までを含めた二酸化炭素排出量を実質的にゼロにする考え方です。JIS Dでは自動車の試験、部品、エンジン、車体、電気装置などが扱われます。
A.(1)自動車はプレス→ボディ部品溶接→塗装→組み立て→検査という工程で製造され、これらを支える熱機関は、作動流体を圧縮してつくりカルノーサイクルに見られる理想気体の挙動をもとにする。ガソリン車等の熱機関では、高温・高圧下での作動ガスの挙動を実在気体の状態方程式に基づいて理解し、体積や分子間力を考慮して考察する必要がある。また、自動車部品の防錆・耐久性を飛躍的に高める電着塗装は、水溶性樹脂と無機イオンの電気泳動反応を利用し塗料粒子を凝縮・付着させている高度な化学プロセスであり、複雑な形状へ均一に成膜させている。 (2)ワークショップ課題として、「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」というテーマで調査を行った。グループ名は浄化触媒のサプライチェーン、共著者は荒川琴音、岡崎なな子、佐野愛莉、菅原優南、高橋璃和で私はグラフィカルアブストラクトを作成した。排ガス触媒には貴金属(Ph Rh Pdなど)、複合酸化物が使われている。これらを共担持しセラミックス成型体上に焼き付けて使用する。貴金属の採掘→精製・材料製造→メーカーでの触媒製造→自動車へ組み込み・リサイクルという流れになっているそうだ。 (3)授業の復習として、カチオン電着塗装のプロセスについて調査を行った。被塗物を陰極とし、正に帯電した塗料粒子を水中に分散させ直流電圧を加える。正電荷を持つ塗料粒子が陰極へ移動する。陰極表面で水が分解し、水酸化物イオンが発生して界面のpHがアルカリ性になる。塗料粒子が水酸化物イオンと反応して電荷を失い、不溶化して表面に均一な塗膜として析出する仕組みとなる。さびにくく、大規模な設備を要するため工場での生産に適していて、自動車への塗装として最適な方法であると考えられる。
A.① 自動車製造では、鉄の錆を防ぐために電解現象を利用したカチオン電着塗装が用いられる。また動力を生み出す熱機関は、理論限界を示すカルノーサイクルから、内燃機関であるオットーサイクルへと進化を遂げた。大型で外部加熱を要する外燃機関の蒸気機関に対し、ガソリンを内部燃焼させるエンジンは小型・軽量で高効率である。化学的防食と熱力学的なエネルギー変換技術の融合が自動車の根幹を支えている。 ② 「自動車の排ガス化触媒について調べてみましょう」において、稲村清香、田中心優、神山結菜、及川愛海、小野絵里香で話し合いを行った。グループ名「触媒」、私はCRediTにおけるConceptualization（概念化・アイディア）の役割を担当した。排ガス中の有害物質である一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を無害化する自動車用触媒の構造とサプライチェーンについて議論した。触媒には白金やパラジウム、ロジウムといった貴金属が用いられ、マフラー等に配置されて高い浄化性能を発揮する。一方で、これら貴金属やレアアースの供給は特定の国に依存しているため、世界的なサプライチェーンの安定確保とリサイクル技術の確立が今後極めて重要になるとまとめた。 ③ 講義で扱われたオットーサイクルなどの内燃機関と、発表で扱った排ガス浄化触媒の役割を関連付けて個人で考察を深めた。効率的なエネルギー変換に伴う排気を適正に制御するには、熱力学だけでなく貴金属触媒を用いた高度な化学反応制御の融合が欠かせない。環境負荷低減と持続可能な資源循環を両立させる化学工学の重要性を改めて実感した。
A.自動車産業は、膨大な素材と加工技術を結集し、高度なサプライチェーンによって製造される総合マシン産業である。 おもに、鋼材を使う。軽量化と衝突安全性を両立する高張力鋼板が、フレームやボディの主力素材である。また、アルミニウム・マグネシウム合金でエンジンブロックや足回り、EVのバッテリーケース等で軽量化のために採用されている。プラスチック・樹脂材料もインパネなどの内装材に加え、バンパーなどの外装材にも使用されている。 プレス・鋳造・鍛造を経て製造されている。その後、溶接・接合・塗装、樹脂成形・機械加工が行われて作られる。 自動車産業は、ピラミッド型の強固なサプライチェーンを持っています。原料、加工、組み立て、点検、販売の流れとなっている。 近年のEV化や自動運転化に伴い、素材はさらなる軽量化・機能化へシフトし、サプライチェーンも従来の構造から半導体や電池メーカーを中心とした新たなネットワークへと変容している。
A.①自動車は、鋼板をプレス、ボディ、塗装、組立、検査の各工程を経て製造される。部品や在庫の管理にはバーコードやQRコード、RF-IDが利用され、IoT技術による情報管理も進んでいる。ガソリン車はオットーサイクル、ディーゼル車はディーゼルサイクルによって熱エネルギーを動力へ変換する。カーボンニュートラルの実現には、水素などの代替燃料の活用やエネルギー変換効率の向上が重要である。 ②自動車の排ガス浄化には三元触媒が用いられ、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を同時に除去する。触媒には白金、パラジウム、ロジウムが使用され、セラミック製ハニカム担体に担持されて排気系へ組み込まれる。これらの白金族金属は主に南アフリカやロシアで採掘されるほか、使用済み触媒から回収・精製して再利用され、資源の有効活用にも貢献している。 ③工業製品は、原料の採掘から製造、利用、リサイクルまで多くの産業が連携するサプライチェーンによって支えられている。一方で、製造には多くの資源やエネルギーを消費し、CO?排出や廃棄物などの環境問題も生じる。そのため、製品の長寿命化や軽量化、リサイクル技術の向上、省エネルギー化に加え、AIやIoTを活用した効率的な保守管理を進め、持続可能なものづくりを実現することが重要である。
A.①本日の授業の再話として、自動車の製造プロセスや熱機関に関する基礎知識を確認した。自動車は一般的にプレス、ボディ、塗装、組立、検査の順序で製造される。熱機関の学習では作動流体や状態方程式を学び、かつてエンジンのノッキング防止やオクタン価の向上に広く用いられていた四エチル鉛が、深刻な健康被害を引き起こす原因物質として現在では廃止されたことなどを知った。さらに、圧電素子や焦電性高分子といった高度な機能性材料についても理解を深めることができた。 ②本日のディスカッションとして、自動車の環境対策に欠かせない排気ガス浄化触媒について意見を交わした。エンジンから排出される一酸化炭素（CO）、炭化水素（CH）、窒素酸化物（NOx）などの有害物質を、化学反応を利用して二酸化炭素、水、窒素などの無害な物質へと変える仕組みを整理した。その際、白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）といった貴金属の触媒が有効活用されていることを学び、これらを用いることで大気汚染を強力に抑制し、環境負荷を大きく低減できることについてグループで議論を深めた。 ③授業外の復習として、自動車の排ガス浄化触媒の役割と重要性について改めて詳細を確認した。排ガス浄化触媒は、一酸化炭素（CO）、炭化水素（CH）、窒素酸化物（NOx）といった有害成分を化学反応により二酸化炭素、水、窒素といった無害な物質へと変換する極めて重要な役割を持つ。この技術には白金、パラジウム、ロジウムなどの貴重な貴金属が使用されており、有害な排出ガスを効率よく浄化して大気汚染を抑制し、地球全体の環境負荷を低減するために不可欠な最先端技術であると深く認識した。
A.１）講義内容の再話 自動車製造の5工程（プレス・ボディ・塗装・組立・検査）と熱機関の基礎を学んだ。錆を防ぐカチオン電着塗装や、シートへの再利用繊維の活用を理解した。動力源はカルノーサイクルを理想とし、ガソリン車のオットーサイクルやディーゼルサイクルで熱を運動エネルギーへ変換する。過去の有鉛ガソリンによる鉛中毒・公害の歴史を踏まえ、燃焼効率向上や電子制御、防錆処理など材料・化学・エネルギー技術の統合を深く理解した。 （２）ワークショップ課題の発表要旨 排気ガス浄化触媒をテーマに調査した(會田龍真、志摩勇成、山岸寮真、中川雅貴、齋藤龍人、自身はリソースを担当)。ガソリン車ではプラチナ等の貴金属を用いた三元触媒が、有害なCO・HC・NOxを化学反応で無害なCO?・H?O・N?へ変換する。近年はディーゼル車向けに尿素SCRシステムも活躍する。ハニカム構造へのウォッシュコート法による製造やマフラーへの搭載過程を整理し、産地が偏在する貴金属のサプライチェーン管理や代替技術開発の重要性を提示した。 （３）復習の内容 自動化が進む製造工程と環境負荷低減の課題を深掘りした。複雑な部品構造がネックとなる組立工程の自動化には、部品形状のモジュール化・簡略化が有効だが、雇用問題への配慮も必要となる。また貴金属のリサイクルや都市鉱山の活用は、供給不安の軽減と資源循環に不可欠である。自動車は単なる移動手段ではなく、材料・化学・制御技術が集約された製品であり、持続可能な社会に向け多様な技術革新が求められると再確認した。
A.自動車の製造は、プレス、ボディ、塗装、組立、検査の工程で行われる。近年は各工程で自動化が進み、ロボットによる作業が増えているが、品質を保証するため最終検査などでは人の確認が欠かせない。鉄製の車体は腐食を防ぐため、電着塗装が行われる。特にカチオン電着塗装は、電気の力で塗料を均一に付着させるため、防錆性に優れている。自動車は化学や熱力学とも深く関係し、ガソリンエンジンはオットーサイクル、ディーゼルエンジンはディーゼルサイクル、ジェットエンジンやガスタービンはブレイトンサイクルを利用する。ガソリンはオクタン価が高いほどノッキングを起こしにくいが、かつて使用された四エチル鉛は公害問題を引き起こしたため無鉛化された。また、排ガス浄化触媒によって有害物質を低減し、環境負荷の軽減が図られている。圧電体や圧電性高分子であるPVDFも、自動車の各種センサーなどに利用されている。 演題：「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」グループ：(及川愛海、田中心優、小野絵里花、神山結菜)役割：Conceptualization 触媒とそのサプライチェーンについて学んだ。触媒は化学反応の速度を速めるが、自身はほとんど変化しない物質であり、自動車では排ガス中の有害物質を無害化するために利用されている。主な触媒には白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属が用いられる。これらは鉱山で採掘・精製された後、触媒メーカーで加工され、自動車メーカーへ供給される。また、レアアースも採掘・精製を経て触媒材料として利用される。触媒の製造には多くの企業が関わるサプライチェーンが形成されていることを理解した。 今回の授業の復習として、自動車の材料のサプライチェーンについて調べた。自動車には鉄鋼、アルミニウム、銅、樹脂、ゴム、ガラス、レアアースなど多くの材料が使用されている。これらの材料は鉱山などで採掘された後、製錬・精製され、素材メーカーによって鋼板や樹脂などの材料へ加工される。その後、部品メーカーでエンジン部品やボルト、電子部品などに加工され、自動車メーカーで組み立てられて完成車となる。近年は半導体やレアアースなど海外に依存する材料も多く、災害や国際情勢の変化による供給不足が生産に大きな影響を与えることがある。そのため、安定した調達やリサイクルの推進、複数の調達先を確保することが重要であり、サプライチェーン全体を管理することが自動車産業において欠かせないと理解した。
A.（１）自動車の製造について学習した。製造工程は大きく分けてプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組み立て工程、検査工程の5過程が存在する。自動車の内装品についてはシートがあり、合皮のポリエステルでできている。中身は古着がリサイクルされたものが詰まっている。 またボディの加工について、塗装は電着塗装と呼ばれる製法で行われる。これはイオン化された塗料の電気移動によるものであり、鉄の弱点であるサビに対して強くなることができる。また、ボディへ均一に奥深くまでいきわたる性質であるつきまわり性がよくなるというメリットもある。 エンジンに関してはカルノーサイクルが応用されている。作動流体を圧縮して縮めたりしている熱機関である。自動車はカルノーサイクルだが、他の乗り物にはランキンサイクルやオットーサイクルといった別のサイクルが応用されることもある。 ガソリンに関してはオクタン価について学んだ。オクタン価とはガソリンの発火しやすさのことである。ガソリンの一種であるハイオクはオクタン価の高い燃料であるという意味である。このオクタン価を挙げるために四エチル鉛を付加していたが、親油性のため体にたまりやすく、公害となってしまった。 （２） チーム浄化触媒のサプライチェーン（佐野さん、川村さん、岡崎さん、菅原さん、高橋さん）でワークショップを行い、私は主に調査を行った。テーマは自動車の排ガス浄化触媒について調べてまとめるというものだった。これにはPt、Rh、Pdといった貴金属や(CcZr)O2といった複合酸化物が使用されている。これらの物質を採掘、生成し材料に加工して、メーカーで触媒を製造して担体に貴金属をコーティングするというのが浄化触媒のサプライチェーンである。 （３）車のシートに詰められているものは古着のリサイクルであるということに驚き、印象に残った。さすがに服の感触を感じないまでには加工がされているのだろうが、考えたこともなかったため感心した。実家に帰り車に乗る機会があったら思い出そうと思う。
A.1. 自動車の材料のサプライチェーンについて学んだ。自動車は鉄鋼やアルミニウム、樹脂、ガラス、ゴムなど多くの材料から作られている。これらの材料は、原料の採掘や精製、部品の製造、車両の組み立てを経て完成し、使用後はリサイクルされるものも多い。このように、自動車は多くの企業や工程が関わるサプライチェーンによって支えられていることを学んだ。 2. 私たちの班では、自動車の排ガス浄化触媒について調べた。排ガス浄化触媒には白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属が使用されており、一酸化炭素や炭化水素、窒素酸化物を二酸化炭素や水、窒素へ変換することで、大気汚染の防止に役立っている。環境規制の強化に伴い、より高性能で耐久性の高い触媒の開発が進められていることが分かった。 3. 講義を通して、自動車は多くの材料や技術が組み合わさって製造されており、原料の調達からリサイクルまでを含めたサプライチェーンが重要であることを学んだ。また、排ガス浄化触媒は環境負荷を低減するために欠かせない技術であり、自動車産業では性能だけでなく環境への配慮も重要であると理解した。
A.（1）本講義では自動車の製造工程や塗装技術、エンジンの仕組みについて学ぶ。製造はプレスから検査まで5段階に分かれ、電着塗装では電圧によるpH変化で塗料を付着させる。また、機関が外燃から内燃へ移行した背景には燃料の違いがあり、エンジンのノッキングはオクタン価と関連する。さらに、圧電現象を示す物質としてPVDFなどが挙げられ、幅広い工業技術の基礎を理解した。 （2）自動車の排ガス浄化には三元触媒が用いられる。ロジウムなどの貴金属が触媒として働き、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物といった有害物質を同時に無害な物質へと変換する。具体的には、一酸化炭素は二酸化炭素に、炭化水素は二酸化炭素と水に、さらに窒素酸化物は窒素にそれぞれ変化させることでクリーンな排出ガスを実現している。 （3）ハイオクガソリンはオクタン価が高く、エンジンのノッキングを防ぎスムーズな燃焼と出力向上に寄与する。一方、ガソリンのサプライチェーンは資源調達や精製、国内外の輸送、給油所への配送に至るまで多くの段階を経て成り立っている。このように、自動車の性能を支える高品質な燃料供給の仕組みと、その複雑な流通網の全体像について理解を深めることができた。
A.自動車の製造工程について学びました。自動車では、それぞれの工程をオートメーション化つまり機械による自動化を行っており、ステンレス鋼から部品をつくるプレス工程、ボディの形をつくるボディ工程、できた完成品に塗料を塗る塗装工程があることがわかりました。自動車では、組み立て工程と検査工程があり、組み立て工程では数万点あるエンジン部品の取り付けなどを行い、検査工程では完成した自動車のブレーキの走行状態などを確認したりすることがわかりました。塗装工程では電着塗装を行い、鉄の弱点である錆びてしまうことを防ぐ防錆をおこなっていることがわかりました。電着はカチオン電着塗装であり、塗装剤はエポキシ樹脂を使用していることがわかりました。 ワークショップでは、自動車における排ガスの浄化、無害化を行う反応について発表を行いました。自動車における排ガスは一酸化炭素、水素化炭素、ノックスガスなどが存在し、それぞれ無害化するには、二酸化炭素にするために過酸化反応を起こしたり、脱窒素化により無害化することが行われていると結論がでました。反応における触媒に白金やパラジウム、ロジウムなどを使用していることと、これら触媒自身は変化しないということがわかりました。 復習は、自動車材料のサプライチェーンを辿ることを行いました。基本的に鉄鋼を元に製造されていて、鉄鋼はボディに使用されていること、燃費向上するためにボディ重量を軽くするために合金が使用され、薄くても強度が保たれるようにしていることがわかりました。
A.1. 授業の再話 自動車の製造工程は、プレス→ボディ→塗装→組立→検査という流れで進み、組立の段階では分解された部品が組み合わさることで物質としての機能を持つようになる。鉄のボディには電着塗装が施され、防錆・耐久性が高められる。熱機関には、外部で燃料を燃焼させ作動流体を加熱する外燃機関と、シリンダー内部で燃料を燃焼させる内燃機関があり、状態方程式pV=nRTがその基礎となる。外燃機関の例としてランキンサイクル、内燃機関の例としてオットーサイクルが挙げられ、燃料には石炭・石油などが用いられる。エンジンの圧縮比は10.5:1程度である。灯油を使う乗り物としては飛行機が紹介され、月面探査機にも関連する話題として触れられた。有機鉛は体内にとどまりやすい性質を持つ物質として挙げられ、圧電素子の例としては高圧下での水晶が紹介された。また電気化学の話題にも触れられた。 2. 発表の要旨 テーマ：排ガス浄化触媒(Pt・Rh・Pd) メンバー：畑中勝浩、工藤琉平、三好駿斗、渡邉翔太郎、佐藤裕周、石井響 排ガス浄化に用いられる貴金属触媒はPt・Rh・Pdであり、助触媒としてCeO?・ZrO?(酸化ジルコニウム)が用いられる。これらの貴金属はステンレスやセラミック製のハニカム状であった。 3. 復習 発表で扱われた触媒について、その役割と仕組みを調べた。触媒とは、それ自体は反応の前後で変化せず、反応の活性化エネルギーを下げることで反応速度を速める物質である。排ガス浄化用の三元触媒では、Ptが主に一酸化炭素(CO)と炭化水素(HC)の酸化反応を、Rhが窒素酸化物(NOx)の還元反応を促進する役割を担っており、Pdは両方の反応を補助する。授業で扱われた内燃機関としてオットーサイクルによる燃焼で生じるCO・HC・NOxを、この触媒がまとめて浄化していることが分かり、エンジンの燃焼工程と排ガス触媒が一体となって環境負荷低減を実現している仕組みを理解できた。
A.自動車の製造工程や熱機関について学んだ。自動車は、①プレス工程、②ボディ工程、③塗装工程、④組み立て工程、⑤検査工程の順で作られる。組み立ては部品を組み合わせて製品を作る工程であり、材料から化学変化によって作るプロセスとは異なる。また、鉄の弱点である錆を防ぐために電着塗装が利用されていることや、熱機関にはカルノーサイクル、ランキンサイクル、オットーサイクルなどがあることを学んだ。さらに、圧電素子やディーゼルサイクル、ブレイトンサイクル、火力発電でのタービン発電について理解した。 グループワークでは、自動車の排ガス浄化触媒について調べた。自動車の触媒は、一酸化炭素や窒素酸化物などの有害物質を二酸化炭素、水、窒素へ変化させる役割を持つ。触媒はセラミック製の担体に白金やパラジウムなどの貴金属を付着させて作られている。しかし、貴金属やレアアースは産出国が限られているため、供給の安定化や使用済み触媒のリサイクルが重要であると考えた。 自動車材料のサプライチェーンについて考え、鉄鋼を取り上げた。燃費を向上させるためには、高張力鋼板のような軽くて強い材料を使用することが有効である。車体を軽量化することで必要なエネルギーを減らし、燃料消費を抑えることができる。また、安全性を保ちながら軽量化を実現するためには、材料の特性を理解して適切に利用することが重要であると感じた。
A.1．工業は素材や物質を大量生産する「プロセス型（石油化学等）」と、部品から最終製品を組み立てる「組立型（自動車等）」に分かれ、立地や単位も異なる。また、蒸気機関の作動流体が果たす役割やカルノーサイクルについて学んだ。圧力と体積の関係を示すP-V図において、サイクルが囲む面積が機関の行う仕事量を意味し、その単位がジュールになる。 2．自動車の排ガス触媒について調べた。エンジンから排出されるCO、HC、NOxを化学反応でCO2、H2O、N2へと変換する。触媒は白金、パラジウム、ロジウムの三元触媒が使われている。 3．製造業のタイプ比較と熱サイクルの分類について学んだ。石油化学等の「プロセス型（装置工業）」は臨海部に立地し、資源に近いサプライチェーン上流で計量物質を供給する。対して自動車等の「組立型（アセンブリ型）」は顧客側に近く、部品（物体）を組み立てて計数製品を製造する違いを学んだ。また、各種熱サイクルと作動流体の特性を整理した。ガソリンエンジンの「オットーサイクル」、船などの「ディーゼルサイクル」、相変化を伴う「ランキンサイクル」やヒートポンプに応用される「逆ランキンサイクル」などがある。気体の状態方程式やオープン・クローズドの系に応じた環境への配慮も重要となる。
A.今回の講義では、自動車の製造工程とカーボンニュートラルに向けた取り組みについて学んだ。自動車は、プレス、ボディ、塗装、組立、検査の各工程を経て製造され、多くの材料や部品によって構成されている。車体には主に鉄が使用されるが、燃費向上のためにアルミニウムや高強度鋼板などの軽量材料も利用されている。また、鉄の腐食を防ぐために電着塗装などの防錆技術が用いられていることも理解した。さらに、ガソリンエンジンでは燃料の燃焼によって動力を得る一方で二酸化炭素を排出するため、環境負荷を減らすために電気自動車や燃料電池車の普及が進められていることを学んだ。 私たちの班は、自動車の排気ガスを浄化する三元触媒について発表した。ガソリンエンジンから排出される一酸化炭素や炭化水素、窒素酸化物は環境や人体に悪影響を及ぼすため、排気装置には白金、パラジウム、ロジウムなどを用いた三元触媒が取り付けられている。触媒の働きによって、一酸化炭素や炭化水素は酸化されて二酸化炭素と水になり、窒素酸化物は還元されて窒素へ変化する。また、触媒を効率よく働かせるため、表面積の大きいハニカム構造が採用されていることも紹介した。触媒技術は排気ガス中の有害物質を大幅に削減し、自動車の環境性能向上に大きく貢献している。 復習では、自動車に関する自然科学と工業科学の関係について理解を深めた。自然科学では、燃焼反応や気体の状態変化、金属の腐食、触媒反応などの原理を明らかにする。一方、工業科学では、その知識を活用して高性能なエンジンや軽量な車体、防錆技術、排気ガス浄化装置などを開発し、安全で環境負荷の少ない自動車を製造している。また、カーボンニュートラルを実現するためには、走行時だけでなく、材料の製造や組立、リサイクルまで含めたライフサイクル全体で環境負荷を減らすことが重要である。今回の講義を通して、自然科学の知識が工業科学によって実用化され、自動車技術の進歩と持続可能な社会の実現につながっていることを学ぶことができた。
A. この講義では自動車製造における各工程について学んだ。自動車の製造は、プレス工程、溶接工程、塗装工程、組立工程、検査工程の順に行われる。プレス工程では鋼板やアルミニウム板を金型で成形して車体部品を製作する。溶接工程ではロボットなどを用いて部品を接合し、車体（ボディ）を完成させる。塗装工程では、防錆処理や下塗り・中塗り・上塗りを行い、耐食性と美観を向上させる。組立工程では、エンジン、トランスミッション、サスペンション、電装品、内装などを取り付け、最後に検査工程で走行性能や安全性、品質を確認して出荷される。自動車のエンジンは熱機関の一種であり、燃料の燃焼によって発生した熱エネルギーを機械的エネルギーへ変換して車を走らせる。ガソリンエンジンでは、シリンダー内で空気と燃料を混合・圧縮し、点火プラグによって燃焼させる。燃焼で発生した高温・高圧のガスがピストンを押し下げ、その往復運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換され、車輪へ動力が伝えられる。エンジンは一般に吸気・圧縮・燃焼（膨張）・排気の4つの工程を繰り返す四サイクルエンジンが用いられている。この熱機関は、化学エネルギーを熱エネルギー、さらに機械エネルギーへ変換することで自動車を走行させる重要な装置であり、自動車の性能や燃費を左右する中心的な役割を担っている。 発表としては自動車の排ガス処理に使われる三元触媒について調べた。三元触媒とは、ガソリン自動車の排ガスに含まれる有害物質である一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）の3種類を同時に浄化する触媒である。そのため、「三元触媒」と呼ばれている。三元触媒には、白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属が使用されており、これらが排ガス中の化学反応を促進する。触媒自体は反応で消費されず、反応速度を速める役割を果たす。三元触媒では、一酸化炭素（CO）と炭化水素（HC）は酸化されて二酸化炭素（CO?）と水（H?O）になり、窒素酸化物（NOx）は還元されて窒素（N?）**となる。代表的な反応は次のとおりである。 ? 2CO + O? → 2CO? ? C?H? + O? → CO? + H?O ? 2NO → N? + O? 三元触媒が最も高い浄化性能を発揮するためには、空気と燃料の混合比（空燃比）を理論空燃比付近に保つことが重要である。そのため、自動車には酸素センサー（O?センサー）が搭載され、エンジンを電子制御して最適な空燃比を維持している。このように、三元触媒は有害な排ガスを人体や環境への影響が少ない物質へ変換する重要な排ガス浄化技術であり、大気汚染の防止や環境保全に大きく貢献している。 復習としては熱サイクルとその応用について調べた。オットーサイクルは火花点火によって作動するガソリンエンジンの理論熱サイクルであり、小型・軽量で制御しやすいという特徴を持つ。そのため、自動車やオートバイをはじめとする多くの輸送機械や小型機械に広く利用されている。構造が簡単で扱いやすい一方、ノッキングのため圧縮比に限界があり、熱効率の向上が制限される。また、CO?やNO?などの排出ガスによる環境負荷も課題である。また、ハイオクガソリンのメリットとそのサプライチェーンについても調べた。オクタン価はガソリンのノッキングしにくさ、セタン価はディーゼル燃料の着火しやすさを表す指標である。レギュラー仕様車にハイオクを給油しても大きな問題はないが、性能向上は限定的である。ガソリンは原油の採掘から精製、輸送、給油所を経て消費者に供給されており、そのサプライチェーンは国際情勢や環境問題の影響を大きく受けている。
A.① 講義の再話 自動車は、プレス加工、ボディ工程、塗装工程、組立工程、検査工程を経て製造される。塗装には電着塗装が用いられ、防錆性や耐久性を高めている。また、カーボンニュートラルの実現に向けて、自動車の製造方法やエネルギー利用の改善が重要であることを学んだ。 ② 発表の要旨 自動車の燃料は石油から精製されるナフサなどを原料としており、ガソリンの性能はオクタン価によって表される。排ガス浄化装置やデジタル塗装などの技術により、環境負荷の低減が進められている。また、カルノーサイクルやランキンサイクルなど、熱エネルギーを効率よく利用する考え方についても紹介された。 ③ 復習の内容 自動車は複数の工程を経て製造され、それぞれの工程で品質や性能が向上していることを復習した。また、排ガス浄化装置や電着塗装などの環境技術が普及し、カーボンニュートラルの実現に向けた取り組みが進んでいることを理解した。
A.
A.【講義の再話】 第10回の講義では、自動車の製造工程と、塗装やエンジンに利用される化学技術について学んだ。自動車はプレス、ボディ、塗装、組立、検査の工程を経て完成する。鉄製の車体は腐食しやすいため、塗装工程では電気を利用して塗料を均一に付着させるカチオン電着塗装が用いられる。また、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンでは燃焼方法が異なり、異常燃焼を防ぐ指標としてオクタン価やセタン価が使われることを理解した。 【発表の要旨】 演題「自動車の排ガス浄化触媒について調べよう」、グループ名「しょくばい」、共著者｛小野絵里花、稲村清香、及川愛海、田中心優、神山結菜｝、私の役割「Conceptualization」 発表では、触媒が自身をほとんど消費せずに反応を進め、自動車の排ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を害の少ない物質へ変えることを取り上げた。主な触媒材料である白金、パラジウム、ロジウムは、採掘や精製を経て触媒メーカーに供給される。また、触媒の性能を支えるレアアースも海外から調達されており、自動車の製造が国際的な供給網に支えられているとまとめた。 【復習の内容】 復習では、排ガス浄化触媒の安定供給について考えた。貴金属は産出国が限られ、価格や国際情勢の影響を受けやすいため、使用済み自動車から触媒を回収し、金属を再利用することが重要である。また、使用量を減らしても十分な浄化性能を保てる構造や、希少金属を代替する材料の開発も必要になる。自動車の環境性能は触媒反応だけでなく、資源調達から回収までを含めて考える必要があると理解した。
A.
A. この回では、自動車について学習しました。 自動車の製造は、プレス、ボディ、塗装、組立、検査の工程で進められます。各工程で自動化が進んでいますが、最終的な検査などに人間のチェックは欠かせません。講義では、自動車に使用されている内装品の材料についても触れられました。例えば、シートは合皮やポリエステルからできており、服がリサイクルされたものが内部に入っていることを学びました。 また、塗装に関して、自動車の塗装は電着塗装であることを学びました。電着塗装は、イオン化された塗装の電気泳動原理によるものであり、アニオン系とカチオン系に分類されます。自動車はカチオン系の電着塗装です。 授業最後のグループワークでは、自動車の排ガス浄化触媒について調べました。車触媒は一酸化炭素や窒素酸化物といった有毒ガスを二酸化炭素、窒素、酸素など人間に害のないガスへと変換する触媒のことです。これらは車やバイクのマフラーにある触媒コンバーターで使用されることが分かりました。 触媒に使われる貴金属（レアアース）として白金やロジウム、パラジウムが挙げられます。これらは鉱山発掘により原料が取られ、鉱石選鉱精錬され貴金属製造されます。それが触媒メーカーから自動車部品メーカー、自動車メーカーに取り次がれることで自動車製造に用いられ、販売・使用されます。使用済みの触媒は回収され、リサイクル・再資源化が行われることを学びました。触媒回収により、希少な白金族金属（PGM）資源の保全と有効活用を進めることが大切であると考えました。
A.（１）第10回授業では、自動車の製造工程がプレス加工・ボディ製作・塗装・組立・検査の順に行われることや、自動車のような組立型産業が鉄鋼・石油化学等のプロセス型産業に支えられていることを学んだ。鉄の腐食防止にはカチオン電着塗装が用いられ、軽量化にはアルミニウムが活用される。エンジンは熱エネルギーを機械エネルギーに変換する熱機関であり、ガソリンエンジン・ディーゼルエンジンの仕組みや燃料の性質、オクタン価とノッキングの関係についても学んだ。ECUによる燃焼制御や、触媒による排気ガス浄化技術についても理解した。 （２）演題「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」では、排ガス浄化触媒を調査した。三元触媒は一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を浄化する装置であり、白金・パラジウム・ロジウム等の貴金属が酸化・還元反応を促進し、有害物質を二酸化炭素・水・窒素へ変換する。触媒コンバーターはハニカム担体に触媒成分を担持して製造され、排気系ユニットとして車体に組み込まれる。使用される貴金属は南アフリカ共和国やロシア等から供給され、使用済み触媒からのリサイクルの重要性も学んだ。酸素貯蔵材料として用いられるセリウム等のレアアースは中国への依存度が高く、資源確保やリサイクル技術の重要性について考察した。 （３）復習では、自動車が機械工学・材料工学・化学工学・エネルギー工学等多くの技術に支えられていることを再確認した。原料調達から製造・利用・リサイクルに至るサプライチェーンが重要であり、資源の安定供給と環境負荷低減が今後の課題である。カーボンニュートラル実現に向け、自動車技術や排ガス浄化技術のさらなる発展が期待されることを学んだ。
A. 自動車がなくなったら―目指せカーボンニュートラル―（日本産業規格JIS Ｄ（自動車）分野）」について様々な観点から話し、議論した。特に排ガスの話について詳しく調べ、議論した。 グループワークでは排ガス浄化触媒が有害物質を化学反応で無害な物質に変えるものであるということなどを調べ、議論した。 自動車の電動化や燃料電池化を通じたカーボンニュートラルの達成は、無機化学工業の材料革新なしには実現できない。エンジン車から脱却し、二酸化炭素を出さない移動手段へ移行するには、蓄電池や水素の活用が不可欠である。そのため、高い安全性と耐久性を備えた無機化学材料を供給し続けることが、自動車社会のカーボンニュートラル実現へと直結していると考えられた。
A.① 自動車は世界を豊かにしたが、同時に排気ガスや二酸化炭素という地球規模の課題を突きつけた。これを化学の力で解決してきたのが「排ガス浄化触媒」の技術である。セラミックスの構造体に貴金属をコーティングし、有害ガスを一瞬で無害な水や窒素に変える知恵だ。そして現代は、自動車の材料選定から廃棄までを見据えたサプライチェーン全体で「カーボンニュートラル」を達成することが求められている。電気自動車用の電池材料や軽量化素材など、自動車が走り続けるための歴史は、そのまま環境負荷をゼロにするための無機材料開発の歴史そのものなのである。 ② 「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」を演題として取り上げた。役割は調査を行った。グループ名は排ガスで共同著者は長谷部心紀、三浦萌、山口柚佑理、橋本菜那美である。 自動車の排ガス触媒について調べて議論した。 自動車では、エンジンから排出されるCO,HC,NOxを化学反応で水素、二酸化炭素、窒素と変換する。 触媒は、は白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）で三元触媒と言われている。これらが浄化触媒であると結論づけた。 ③ 自動車の材料のサプライチェーンを調べた。 自動車の燃費向上には、非鉄金属の「アルミニウム（Al）合金」の改善が有効である。主にエンジンや車体骨格に用いられるが、さらなる軽量化と熱効率向上のため、材料の性質を次の2点で高める。第一に、熱処理と微量元素の添加により、ナノレベルで結晶構造を制御して超高強度化を図る。これにより、安全性を保ったまま部品の薄肉化が可能となり、車体が劇的に軽量化される。第二に、シリンダーなど摺動部にセラミックス層や高硬度カーボン膜を形成する表面改質を行う。高温高圧への耐性と低摩擦化が実現し、エンジンの熱効率が向上する。これらの無機材料化学アプローチによる高機能化が、次世代自動車の燃費向上に直結する。
A.① 今回の講義では、自動車は「ビークル」から「モビリティ」へと変化し、電気自動車や超小型モビリティの普及が進んでいることを学んだ。また、EVのバッテリーは住宅用蓄電池として再利用するV2Hや、太陽光発電と組み合わせることで二酸化炭素排出量の削減に貢献できることを理解した。さらに、自動車産業ではIoTや情報管理技術が活用されており、製造からリサイクルまでを含めたサプライチェーン全体で資源を有効利用することの重要性についても学んだ。 ② 発表では、EVの普及にはバッテリーの性能向上だけでなく、安全なリユースやリサイクル技術が重要であることが説明された。また、再生可能エネルギーと蓄電池を組み合わせることで環境負荷を低減できることや、自動車産業ではQRコードやIoTなどを利用した情報管理によって生産や物流の効率化が進められていることが紹介された。持続可能な社会を実現するためには、資源を循環利用することが不可欠であることを学んだ。 ③ EVは走行時のCO?排出を抑えられるが、発電方法やバッテリーの製造・廃棄まで含めて環境への影響を考える必要があることを理解した。また、自動車には鉄鋼、アルミニウム、銅、プラスチックなど多くの材料が使われており、それらを適切にリサイクルすることで資源を有効活用できることを再確認した。今後は、自動車だけでなくエネルギーや資源循環の視点も含めて、持続可能なものづくりについて理解を深めていきたい。
A.10回の授業では、自動車産業の現状とカーボンニュートラル社会の実現に向けた課題について学んだ。自動車は単なる移動手段ではなく、多くの工業製品や天然資源から成り立つ複雑なシステムである。また、ガソリン車から電気自動車（EV）への転換が進んでいるが、その背景には地球温暖化防止と二酸化炭素排出削減という世界的な課題があることが説明された。さらに、電気自動車の普及には蓄電池の性能向上や再生可能エネルギーとの連携が重要であり、自動車の役割が「ビークル」から「モビリティ」へと変化していることを理解した。 発表では、自動車とエネルギー利用の関係についてまとめた。電気自動車は走行時に二酸化炭素を排出しない一方で、充電に使用する電力の発電方法によって環境負荷が異なることが示された。また、EVの電池は家庭用蓄電池として再利用するV2H（Vehicle to Home）の仕組みがあり、持続可能なエネルギー利用に貢献できることが紹介された。さらに、世界各国ではガソリン車の販売規制やEV化政策が進められており、日本の自動車産業も技術革新と国際競争への対応が求められていることが強調された。復習を通じて、自動車は鉄鋼やアルミニウム、プラスチック、ゴムなど多様な材料から構成されており、資源循環やリサイクルが重要であることを学んだ。また、自動車産業は部品管理や物流、IoTなどの情報技術とも密接に結び付いていることを理解した。特に、環境問題への対応は自動車業界だけの課題ではなく、エネルギー供給や社会インフラ全体と関係していることが印象的であった。今後は自動車の利便性だけでなく、その製造から廃棄までの環境負荷にも目を向け、持続可能な社会の実現について考えていきたい。
A. 講義の再話について、今回の授業では、自動車について取り扱った。自動車には五つの工程が存在し、そのどれもが自動化されている。だが、完全な自動化には至らず、要所では、人間の手が加わっている。自動車のエンジンはオットーサイクルで示すことが出来る。また、自動車は内燃機関であり、外燃機関と比べて重い燃料が必要ではなくなるために、効率化されていると言える。 発表の要旨について、題目は、自動車の排ガス浄化触媒について、班名は無く、共同調査は、畑中勝浩、三好駿斗、石井響、渡邉翔太郎、工藤琉平であり、自分の役割は調査であった。触媒については、Pt,Rh,Pdなどが存在し、助触媒として、CeO?,ZnO?が存在している事が分かった。使用法については、ステンレスやセラミックスに焼き付ける事によって使用している。触媒はその単体では反応を示さないが、反応の補助をすることで、反応の効率化を実現することが出来るものである。 復習について、ガソリンのハイオクのメリットについて学習した。ハイオクはハイオクタン価を示すものであり、これによってノッキングの発生を減らすことが出来る。これによってエンジンに優しい燃料とすることが出来、エンジンが長持ちするようになる。サプライチェーンについては、ガソリンはタンカーにより輸入され、その後はタンクローリーにつまれ、ガソリンスタンドへと運ばれる。ガソリンスタンドへ運ばれたガソリンは、顧客の手によって、給油される。
A.①第10回の講義では、自動車の製造プロセスとそこに加えられる材料、また、熱機関の原理について学んだ。シートなどの内装材にはリサイクル繊維が利用され、ボディの素材となる鉄には腐食を防ぐために電着塗装技術が応用されている。エンジンなどの熱機関においては、状態方程式やカルノーサイクルを基礎とし、蒸気機関のランクインサイクル、ガソリンエンジンのオットーサイクル、ディーゼルサイクルなどがある。ガソリンエンジンでは過度な圧縮比によるノッキングを抑制するためにオクタン価による燃料評価が行われる。また、圧力と電力を相互変換する圧電素子のセンサー・スピーカーへの応用や、マフラーにおけるNO2、SO2の分解技術などが自動車製造プロセスに凝縮されされている。 ②グループワークの演題は「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」で、グループ名はトリッピー、共著者は興谷直生、根川慎之助、石坂智平、小林明久里、近藤果音であり、私はデータ管理として参加した。自動車の排ガス浄化触媒をテーマとし、排気ガス中のCO、炭化水素、窒素酸化物を無害化する触媒の材料構造とサプライチェーンについての考察を行った。排ガス浄化触媒には、白金、ロジウム、パラジウムといった希少な貴金属やレアアースが使用されている。製造工程としては、鉱山での採掘、選鉱、精錬を経て製造された貴金属を触媒メーカーが触媒化し、自動車部品メーカーが排気管などの部品に組み込んだ後、最終的に自動車メーカーが車両へ取り付ける。これらの材料は貴重性の高い天然資源であるため、使用済みの自動車から触媒を回収・精錬して再資源化するリサイクルシステムがある。 ③復習を通じて、自動車という複雑な工業製品における熱力学、材料化学、環境触媒技術の理解を深めた。エンジンの最適設計や防錆のための電着塗装技術だけでなく、排気ガスを清浄化して環境負荷を低減する触媒の存在は熱機関の効率向上のために必要である。高価かつ希少な貴金属触媒に依存するからこそ、高度な製造プロセスとともに回収・再資源化を見据えた循環型サプライチェーンの構築が必須となる。
A.① 講義の再話 本講義では、自動車産業が社会に与える影響と、カーボンニュートラルの実現に向けた自動車技術の発展について学んだ。自動車は人や物を運ぶための重要な交通手段であり、物流や経済活動を支える社会基盤の一つである。一方で、ガソリン車やディーゼル車の普及によって、大量の化石燃料が消費され、二酸化炭素の排出による地球温暖化が問題となっている。 カーボンニュートラルとは、温室効果ガスの排出量と吸収量を差し引き、実質的な排出量をゼロにする考え方である。この目標を達成するため、自動車分野では電気自動車（EV）、燃料電池自動車（FCV）、ハイブリッド自動車などの次世代車の開発が進められている。 電気自動車は、電動モーターによって走行するため、走行時に二酸化炭素を排出しないという特徴がある。また、燃料電池自動車では、水素と酸素の化学反応によって発電し、排出されるものは水のみであるため、環境負荷の低い技術として注目されている。 しかし、自動車の環境負荷を考える際には、走行時だけでなく、材料の製造、部品の生産、燃料や電力の供給、廃棄・リサイクルまでを含めたライフサイクル全体で評価する必要がある。そのため、車体の軽量化やリサイクル材料の利用、省エネルギー型の製造プロセスの開発が重要となる。 また、日本産業規格（JIS D）では、自動車の部品、性能、安全性、試験方法などに関する規格が定められており、自動車の品質や安全性を保証する役割を果たしている。自動車産業では、高性能化だけでなく、安全性や環境性能を両立させる技術開発が求められている。 ? ② 発表の要旨 今回の講義では、自動車が現代社会において重要な役割を果たしている一方で、環境問題の原因にもなっていることを学んだ。自動車を完全になくすことは社会活動に大きな影響を与えるため、自動車そのものを環境に配慮したものへ変化させることが重要である。 特に、電気自動車や燃料電池自動車などの次世代自動車は、二酸化炭素排出量を削減するための重要な技術である。また、カーボンニュートラルを実現するためには、自動車の使用時だけではなく、製造から廃棄までの全過程で環境負荷を低減する必要があることが分かった。 さらに、JIS Dによる規格化は、自動車の安全性や性能を保証するために必要不可欠であり、安心して利用できる自動車社会を支えていると理解した。今後の自動車産業では、環境性能、安全性、利便性を両立した技術開発が重要になると考えた。 ? ③ 復習の内容 今回の講義を復習し、自動車は単なる移動手段ではなく、材料技術、エネルギー技術、制御技術など多くの工学分野が組み合わさった製品であることを学んだ。 特に、カーボンニュートラルを達成するためには、電動化技術の発展だけでなく、使用する材料の選択や製造工程の改善、廃棄後のリサイクルまで考慮することが重要であると感じた。 現在学んでいる化学・バイオ工学においても、環境問題を解決するためには、新しい材料やエネルギー技術を開発し、それを社会で利用できる形に応用することが求められる。今後は、性能の高い製品を作るだけでなく、地球環境と共存できる持続可能な技術開発が重要になると考えた。 自動車産業は、これまで社会の発展を支えてきた一方で、環境負荷という課題も抱えている。そのため、未来の社会では、環境に優しく安全で便利な移動技術を実現することが重要であると理解した。
A.① 講義の再話 今回の講義では、電着塗装の仕組みと熱機関の基礎について学んだ。鉄は腐食しやすいため、防錆対策として塗装が欠かせない。その中でも電着塗装は、水に分散した塗料の中へ製品を浸し、電流を流して表面に均一な塗膜を形成する方法であることを理解した。また、電着塗装にはカチオン電着塗装とアニオン電着塗装の2種類があることも学んだ。さらに、熱機関では作動流体を理想気体として扱い、pV＝nRTの関係式やカルノーサイクルについて学習した。カルノーサイクルは、等温膨張・断熱膨張・等温圧縮・断熱圧縮の4つの工程から成る理論上最も効率の高い熱機関であり、フランスの物理学者ニコラ・レオナール・サディ・カルノーによって考案されたことを理解した。 ② 発表の要旨 発表では、自動車の排気ガスを浄化する三元触媒について調査した。三元触媒は、ガソリン車の排気に含まれる一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）の3種類の有害物質を、二酸化炭素（CO?）、水（H?O）、窒素（N?）へ同時に変換する装置である。内部はハニカム構造となっており、排気ガスとの接触面積を大きくすることで浄化効率を高めている。また、触媒には白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属が使用されていることを学んだ。 ③ 復習の内容 復習では、ガソリンエンジンに用いられるオクタン価について学び直した。ガソリンエンジンでは、空気と混合した燃料を圧縮した後にスパークプラグで点火するため、点火前に自己着火しにくい性質が求められる。その指標となるのがオクタン価であり、数値が高いほどノッキングなどの異常燃焼が起こりにくく、エンジン性能を十分に発揮できることを理解した。また、ディーゼルエンジンでは燃料の着火しやすさを示すセタン価が重要であり、それぞれ異なる役割を持つことについても学んだ。
A.①講義の再話 今回の講義では、自動車の製造工程やエンジンの仕組み、環境対策技術について学んだ。自動車は①プレス工程、②ボディ工程、③塗装工程、④組立工程、⑤検査工程を経て完成する。鉄は錆びやすいため、塗装工程ではカチオン電着塗装によって防錆処理が行われている。この塗装は電気化学を利用した技術であり、車体表面に均一な塗膜を形成することで耐久性を高めている。また、ガソリンエンジンはオットーサイクル、ディーゼルエンジンはディーゼルサイクルを利用しており、オクタン価とセタン価はそれぞれ燃料の発火特性を示す重要な指標である。さらに、かつて使用されていた有鉛ガソリンは深刻な鉛公害を引き起こしたため、現在は世界中で無鉛化が進められていることも学んだ。 ②発表の内容 発表では、自動車の排気ガス浄化触媒について調べた。排気ガスには一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）などの有害物質が含まれるが、白金（Pt）、ロジウム（Rh）、パラジウム（Pd）などの貴金属を用いた触媒によって、窒素（N?）、二酸化炭素（CO?）、水（H?O）へと変換される。この三元触媒により、大気汚染物質を大幅に減らし、自動車による環境負荷を低減していることを学んだ。 ③復習 今回の講義を通して、自動車は多くの材料や高度な製造技術によって作られているだけでなく、環境保全のための技術も数多く取り入れられていることを理解した。電着塗装による防錆技術や排気ガス浄化触媒、無鉛ガソリンへの転換などは、環境問題を解決するために開発された重要な技術である。今後はカーボンニュートラルの実現に向けて、電気自動車や燃料電池車などの次世代自動車の技術についても理解を深め、環境と産業の両立について考えていきたい。
A.① 講義の再話 第10回の講義では、自動車の製造工程と熱機関の仕組みについて学んだ。自動車は、プレス工程で部品を成形し、ボディー加工、塗装、組み立て、検査という工程を経て製造される。また、自動車の主要材料である鉄には腐食しやすいという弱点があるため、防食対策として電着塗装が用いられていることを学んだ。さらに、エンジンの動作原理に関わる熱機関についても学び、作動流体やカルノーサイクル、ランキンサイクル、オットーサイクル、ディーゼルサイクル、ブレイトンサイクルなどの熱力学サイクルについて理解を深めた。また、ガソリンエンジンではノッキングという異常燃焼が発生する場合があり、その対策としてオクタン価が重要であることを学んだ。かつてはオクタン価を高めるためにテトラエチル鉛が使用されていたが、大気や土壌の汚染による健康被害が問題となったことも学んだ。 ② 発表の要旨 平常演習では、「自動車の排ガス浄化触媒のサプライチェーン」をテーマにグループで発表を行った。私たちは排ガス浄化触媒に使用される材料や、その製造から利用までの流れについて調査した。排ガス浄化触媒には白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属や、セリウム（Ce）をはじめとするレアアースが利用されている。これらの材料は採掘・精製された後、触媒メーカーで加工され、セラミックス製の担体に担持されることで排ガス浄化触媒として製造される。その後、自動車メーカーへ納入され、自動車に搭載されることで有害物質の排出を抑える役割を果たしている。発表では、排ガス浄化触媒のサプライチェーンが環境保全だけでなく、貴重な資源の確保という観点からも重要であることを説明した。 ③ 復習の内容 講義と発表を通して、自動車には多くの技術や材料が利用されていることを改めて理解した。特に排ガス浄化触媒には希少な貴金属やレアアースが使用されており、自動車の環境性能を支える重要な役割を担っていることが分かった。また、これらの資源は埋蔵量に限りがあるため、リサイクルや効率的な利用が今後ますます重要になると感じた。さらに、過去にはテトラエチル鉛のように性能向上を目的として使用された物質が環境問題を引き起こした事例もあり、工業製品の開発では性能だけでなく安全性や環境への影響も考慮する必要があると学んだ。今後は自動車技術について、材料やエネルギー効率、環境負荷の観点からも理解を深めていきたい。
A.
A.今回の講義では、工業製品の製造に欠かせない分離プロセスについて学んだ。分離プロセスとは、混合物から目的とする物質を取り出すための操作であり、蒸留やろ過、抽出、吸着など、物質の性質の違いを利用したさまざまな方法があることを理解した。化学工業では反応だけではなく、目的物を高純度で回収するための分離操作も重要な工程であり、製品の品質や生産効率を左右する重要な技術であることを学んだ。 発表では、「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」というテーマについて調査した。排ガス浄化触媒には白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属が使用されており、一酸化炭素や炭化水素、窒素酸化物などの有害物質を化学反応によって無害な物質へ変換する役割を果たしていることを説明した。また、触媒は反応を促進するものの、自身は反応の前後でほとんど変化しないという特徴を持つことや、自動車の環境性能向上に大きく貢献していることを発表した。 今回の講義を通して、工業化学では反応を起こす技術だけでなく、物質を分離・精製する技術や環境を守るための技術も同じくらい重要であることを学んだ。特に排ガス浄化触媒は、自動車から排出される有害物質を減らし、大気環境の改善に貢献していることが印象に残った。工業製品は利便性を高めるだけではなく、環境への影響も考慮しながら開発されていることを改めて実感した。
A.(1) 自動車は、多数の部品を組み合わせて製品を作る組み立て型工業の代表例である。製造工程はプレス、ボディ、塗装、組立、検査の5段階からなり、最終的な品質確認には人による検査が欠かせない。また、自動車の主要材料である鉄は腐食しやすいため、カチオン電着塗装によって防錆処理が行われる。自動車には内燃機関が用いられ、燃料の燃焼によって得られる熱エネルギーを動力へ変換している。熱機関の理論的な基礎にはカルノーサイクルがあり、その面積はエネルギーを表す。さらに、ノッキング防止のためにオクタン価の高いガソリンが利用される。排ガス浄化触媒には白金やパラジウム、レアアースが使用されており、自動車は材料、エネルギー、環境技術が融合した工業製品である。 (2)自動車の排ガス浄化触媒には、白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属や、セリウム（Ce）などのレアアースが使用されている。これらは排ガス中の有害物質を無害な物質へ変換する役割を持ち、触媒の性能向上や耐熱性向上に貢献している。製造工程では、まず貴金属やレアアースが採掘・精製され、触媒メーカーに供給される。その後、アルミナなどを主成分とするセラミックス担体に触媒成分が担持され、排ガス浄化触媒として製造される。完成した触媒は自動車メーカーへ納入され、組立工程で排気系統に取り付けられる。さらに、使用済み触媒からは貴金属を回収・再利用するリサイクルも行われており、資源確保と環境保全の両面で重要な役割を果たしている。 (3)自動車のボディ工程に興味を持った。自動車のボディ製造では、まずコイル状の鋼板を必要な大きさに切断し、巨大なプレス機と金型を用いて成形する。プレス工程には打ち抜き、曲げ加工、絞り加工などがあり、ボンネットやドア、フェンダーなどの部品が作られる。成形後は寸法検査を行い、品質を確認したうえで溶接工程へ送られる。近年は燃費向上のため車体の軽量化が求められ、高張力鋼板やアルミニウム材の利用が増えている。そのため、より高度な成形技術や高精度な金型設計が必要となっており、プレス工程は自動車製造の品質と生産効率を左右する重要な工程となっている。
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A.?本講義では、塗料やコロイドの性質、および工業における流体や加工プロセスの基礎について学んだ。 古くは漆に始まる塗料は、防水や防食などを目的に発展し、現在では自動車の電着塗装や静電塗装といった高度な技術に応用されている。塗料や食品（マヨネーズ等）は、分散質と分散媒からなるコロイド溶液であり、界面活性剤の利用や混合・分散といった化学工学の「単位操作」によって品質や量産性が支えられている。 また、流体の粘性率やレイノルズ数、ニュートン・非ニュートン流体などの流動特性、さらには熱力学のカルノーサイクルやエンジンの仕組みまで、モノづくりを効率化・高品質化するための多角的な物理・化学的理論について理解を深めた。 ?「自動車の排ガス浄化触媒について調べてみよう」という演題に対して、グループ(トリっピー)の登利山直生さん、柳川慎之助さん、石坂哲平さん、梅澤耀さん、近藤果音さんと共に議論した。私は、調査を行った。自動車の排ガス浄化触媒（三元触媒）は、排気中の有害物質である一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を酸化・還元反応によって無害な物質へ変換する役割を担う。 触媒には白金、ロジウム、パラジウムなどの貴金属やレアアースが使用される。供給網は「鉱山採掘・精錬 \rightarrow 触媒製造 \rightarrow 自動車メーカー \rightarrow 販売・使用」と多岐にわたり、希少な資源を守るため使用済み触媒からの回収・リサイクル体制の構築が不可欠である。本技術は、高度な無機材料化学と資源循環型社会を繋ぐ極めて重要な産業応用例といえる。 ?本講義を通じ、塗料による防食や防水機能が製品の寿命を高めていること、そしてコロイドの制御や粘性・流動特性の解析といった「界面・プロセス工学」が大量生産や品質向上を支えていることを学んだ。 この学びを発展させると、単に製品をつくる技術だけでなく、目的に応じた物性制御とプロセス最適化の融合が次世代のモノづくりにおいて重要になると感じる。 例えば、車体塗装における電着塗装のように、化学反応と電気・流体力学を融合させることで、省エネルギーかつ均一な被覆が可能となる。今後は、環境負荷を低減する水系塗料やバイオマス分散体の開発と並行して、コロイドの流動性をリアルタイムで制御・最適化する高度な製造プロセスの構築が求められる。化学的視点と工学的プロセスを統合し、持続可能で高品質な生産システムを実現する視点を大切にしたい。
A.【講義の再話】 自動車の工場は、プレスから塗装、組み立てへと緻密に進む「物体」作りの世界である。しかし、車を動かす心臓部は「物質」を扱う熱機関の知恵、カルノーサイクルやオットーサイクルに基づいている。かつてノッキングを防ぐためガソリンに添加された鉛が公害を起こした歴史を経て、現代はECUによるコンピューター制御や、レアアースを用いた排ガス浄化触媒へと、知恵が洗練されている。 【発表の 要旨】 私たちのグループでは、自動車の排ガス浄化触媒の仕組みと、それを支える金属やレアアースのサプライチェーンについて議論した。 排ガス触媒は、排出される有害物質（NO_x、""CO"" 、""HC"" ）をハニカム構造の内部で化学反応させ、無害な窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気へと変換する役割を持つ。この反応を進めるため、触媒内部には白金やパラジウムといった貴金属やレアアースがコーティングされている。これらの重要資源は特定の国に偏在しているため、安定調達のための強固なサプライチェーンの構築や代替技術の開発が、今後の自動車産業にとって極めて重要であると結論づけた。 【復習の内容】 自動車の排ガス浄化触媒は、貴金属を用いて有害物質を無害な分子へ変換する。これら貴金属や担体セラミックスの調達にはグローバルなサプライチェーンが関わる。特定の資源に依存するリスクに対応するため、使用量の削減や代替触媒材料の開発といった化学技術の進歩が今後ますます重要になると結論づけた。
A.①講義の再話 自動車製造は組立型産業であると同時に、素材や熱力学サイクルが関与するプロセス型産業でもある。鋼材の腐食を防ぐためアニオン系・カチオン系の電着塗装が施され、点火プラグ等には圧力を印加すると分極する圧電体（PVDFやPVPCN等の圧電性高分子含む）や焦電体が用いられる。内燃機関ではガソリン（オットーサイクル）や軽油（ディーゼルサイクル）、灯油（ブレイトンサイクル）等の熱機関が動力を生み出す。ガソリンのノッキングを防ぐアンチノック剤としてかつて四エチル鉛が使用されたが、公害問題から代替技術へ移行した歴史を持つのである。 ②発表の要旨 演題「自動車の排ガス浄化触媒について調べよう」、グループ名「しょくばい」、共著者（神山結菜、稲村清香、田中心優、及川愛海、小野絵里花）、私の役割「Conceptualization」。本発表では、自動車用排ガス浄化触媒と貴金属・レアアースのサプライチェーンについて議論を行った。触媒は化学反応の速度を早め、有害物質を無害化する機能を持ち、主に白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）が用いられる。グループ内では、鉱山採掘から触媒・自動車メーカーへの供給構造や、海外資源への依存問題、回収・リサイクルの重要性について考察を深めた。 ③復習の内容 復習として「自動車の排ガス浄化触媒」および「ハイオクガソリンのメリットとガソリンのサプライチェーン」について取り組んだ。排ガス浄化触媒はセラミックス製ハニカム構造に担持され、特定の産出国に依存するため安定供給に向けた資源再利用が不可欠であると理解した。また、オクタン価はノッキングを起こしにくくする指標であり、原油採掘から製油・配送に至るサプライチェーンの理解に加え、かつての四エチル鉛からECUやノッキングセンサーによる高度な点火時期制御への移行といった技術的変遷を学んだ。
A.
A.今回の講義では自動車の技術発展について学んだ。今となっては日本の車は世界レベルで戦えるものとなったがここまで来るにはさまざまな課題や苦労があった。車を作るにはこれまで学んできたものの総括として全て用いる必要がある。車体には頑丈さが必要なため、鉄やアルミを用いる。また、セラミックであるプラスチックはバンパなどに用いて、非金属であるゴムはタイヤに、繊維はシートやフロアカーペットに使い、尚且つ塗装には染料も必要である。またガラスなども取り扱っている。そのため、車の普及はこれまで日本で歩んできた技術の進歩が見ることができる。
A.
A. 自動車は、プレス、ボディ、塗装、組立、検査の各工程を経て製造され、安全性や品質が確保されていることを学んだ。特に、鉄は錆びやすいため、防錆性能に優れたカチオン電着塗装が耐久性向上に重要な役割を果たしている。また、エンジンは熱エネルギーを運動エネルギーへ変換する熱機関であり、カルノーサイクルやノッキング防止のための高オクタン価ガソリンについて理解した。さらに、圧電材料は圧力を電気信号に変換する性質をもち、自動車の各種センサーなどに活用されていることを学んだ。 ワークショップでは、自動車用排ガス触媒について調査した。自動車用触媒は、排気ガス中の有害物質である一酸化炭素（CO）、窒素酸化物（NOx）、炭化水素（HC）を化学反応によって無害化する装置である。触媒には白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）などの貴金属が用いられ、NOxを窒素と酸素へ分解し、COやHCを二酸化炭素や水へ変換する。この技術によって大気汚染の低減が可能となり、自動車と環境の両立に大きく貢献している。また、近年は環境規制の強化に対応するため、触媒性能の向上や貴金属使用量の削減も進められている。 自動車は、プレス、ボディ、塗装、組立、検査の各工程を経て製造され、塗装工程ではカチオン電着塗装により防錆性と耐久性が向上していることを学んだ。また、エンジンはカルノーサイクルを基礎とする熱機関であり、ノッキング防止のため高オクタン価の無鉛ガソリンが用いられることを理解した。さらに、ワークショップでは排ガス触媒について調査し、白金・パラジウム・ロジウムなどの触媒がCO、NOx、HCを無害化し、大気汚染の低減に貢献していることを学び、自動車は化学・材料・環境技術に支えられていると理解した。
A.①講義では自動車の製造プロセスは、プレス、ボディ、塗装、組立、検査の各段階を経て行われる。組立やプロセスにおいて、ボディ等に用いられる鋼材は鉄を主とするが、鉄の最大の弱点である錆びを防ぐため、電着塗装をはじめとする塗装技術によって丁寧に補う必要がある。 熱機関や作動流体の分野では、カルノーサイクルを基礎として各種の熱サイクルが活用される。発電にはランキンサイクルが用いられ、エンジンにおいてはオットーサイクルが採用されている。オットーサイクルでは圧縮比を高めるとノッキングが発生しやすくなるため、オクタン価の高いハイオク燃料が有効となる。このほか、ディーゼルサイクルやブライトンサイクルも重要な役割を持つ。 エンジンの内部構造には、プラグやインジェクター、高圧力・絶縁を担う圧電素子などが備わっている。これらは船舶や航空機、自動車などの動力源として利用され、タービンを介したシステムとともにエネルギー変換の仕組みを支えている。 ②ワークショップでは排ガス浄化触媒は、エンジン等から排出される有害物質を化学反応によって無害な物質へと変換する極めて重要な仕組みである。その主な処理対象となるターゲットには、一酸化炭素（CO）、炭化水素（CH）、窒素酸化物（NOx）が挙げられている。これらの有害成分を効率的に処理するにあたって使用される触媒（貴金属）には、白金（Pt）、パラジウム（Pd）、ロジウム（Rh）が該当する。排ガス浄化触媒を用いることにより、有害物質は二酸化炭素（CO2）、水（H2O）、窒素（N2）といった物質へと確実に変換される。このように、排ガス浄化触媒の活用によって大気汚染の抑制が図られ、地球環境への負荷を低減させることが可能となる。 ③ オットーサイクルは、ガソリンエンジンに用いられる代表的な熱サイクルであり、断熱圧縮、定容加熱、断熱膨張、定容放熱の4つの過程で構成される。シリンダ内で空気とガソリンの混合気を圧縮し、点火プラグによる火花で燃焼させると、高温高圧の燃焼ガスが発生する。このガスの膨張によってピストンが押し下げられ、熱エネルギーが機械エネルギーへ変換される。エンジンには、エンジンブロックやクランクシャフトに鉄鋼、軽量化を目的とした部品にアルミニウム合金、点火プラグの絶縁体にアルミナセラミックスなど、多様な工業材料が使用されている。また、作動流体である空気や燃焼ガスは、燃焼で得られた熱を圧力エネルギーへ変換し、仕事を取り出すために不可欠な役割を担う。オットーサイクルは小型・軽量で高出力を得やすく、多くの乗用車に採用されているが、ノッキングの影響で圧縮比に限界があり、熱効率の向上には制約がある。さらに、CO?やNO?などの排出ガスによる環境負荷も課題である。そのため、耐食性材料の採用や防錆処理、定期的な点検、センサーによる異常検知などを組み合わせることで、安全性や耐久性を高めるとともに、環境負荷の低減が図られている。
A.① 今回の講義では、自動車の製造工程とエンジンの仕組みについて学んだ。自動車はプレス工程、ボディ工程、塗装工程、組立工程、検査工程を経て完成する。また、自動車には鉄やアルミニウム、樹脂などさまざまな材料が使われており、軽量化や耐久性の向上が求められている。 エンジンについては、ガソリンエンジンのオットーサイクルとディーゼルエンジンのディーゼルサイクルの違いを学んだ。圧縮比が高いほど熱効率が向上することや、ノッキングを防ぐための工夫についても理解した。さらに、ECU（電子制御ユニット）が燃料噴射や点火時期を制御し、自動車性能や排出ガスの低減に重要な役割を果たしていることを学んだ。 ② 自動車の製造工程とエンジン技術について発表した。鉄からアルミニウムへの材料転換による軽量化、自動車部品に使用される樹脂材料の特徴、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違いについて説明した。また、ECUによる電子制御や排ガス浄化技術についても紹介した。 ③ 自動車は多くの材料や技術の組み合わせによって作られており、軽量化や環境性能の向上が重要であることを再確認した。また、エンジンの熱効率向上や電子制御技術の発展が、安全性と燃費向上につながっていることを理解した。
A.①講義の再話 講義では、「自動車がなくなったら ― 目指せカーボンニュートラル ― JIS D（自動車）」を題材に、自動車産業が環境負荷とどのように向き合い、カーボンニュートラルへ移行しているかを学んだ。自動車は鉄鋼・非鉄金属・化学材料・電子機器など多様な工業分野の結晶であり、その製造・使用・廃棄の各段階で大量のエネルギーと資源を消費する。特に、内燃機関車は化石燃料の燃焼によってCO?を排出するため、電動化・軽量化・再生可能エネルギーの利用が不可欠であることを理解した。また、紙のサプライチェーンを例に、製品が複数の工業分野の連携によって成立することを学び、自動車も同様に多分野の技術が統合された総合工業製品であることを確認した。 ②発表の要旨 発表では、自動車産業がカーボンニュートラルを達成するために必要な技術的・産業的転換を中心に論じた。電気自動車（EV）やハイブリッド車は、化石燃料依存を減らし、再生可能エネルギーと組み合わせることでCO?排出を大幅に削減できる。また、車体の軽量化にはアルミニウムや高張力鋼、繊維強化樹脂などの材料工学が不可欠であり、これらはJIS規格によって品質と安全性が保証されている。さらに、紙産業の例を踏まえ、自動車も鉄鋼・化学・電子・非鉄金属など多分野の工業が連携して成立する複合製品であることを示し、産業全体での脱炭素化が必要であると述べた。自動車の未来は、エネルギー転換と材料革新の両立によって支えられることをまとめた。 ③復習の内容 復習では、自動車の環境負荷を「製造 → 使用 → 廃棄」のライフサイクルで整理し、どの段階でCO?が発生するかを理解した。特に、鉄鋼やアルミニウムなどの素材製造には大量のエネルギーが必要であり、材料選択が環境負荷に直結することを確認した。また、電動化による排出削減効果は、電力の供給源が再生可能エネルギーであるほど大きくなる点を学んだ。紙産業のサプライチェーン分析を応用し、自動車も多分野の工業が支える複合システムであることを再認識した。総じて、自動車産業のカーボンニュートラル化は、エネルギー技術・材料工学・産業構造の総合的な変革によって達成されると理解した。
A.(1)自動車は、設計から始まり、エンジンや車体部品の製造、組立、検査の工程を経て作られる。まず金属を加工して部品を作り、溶接や塗装で車体を形成する。その後、エンジンや電装部品を組み付け、最終検査を行って完成する。電着塗装は、水性塗料中で対象物に電圧をかけ、電気の力で塗料を付着させる塗装方法である。均一に塗装でき、防錆性に優れるため、自動車の下地塗装などに広く用いられている。カルノーサイクルとは、高温熱源と低温熱源の間で作動する理想的な熱機関の循環過程であり、等温変化と断熱変化から構成される。与えられた温度差で達成できる最大の熱効率を示す基準となるサイクルである。 (2)自動車の排ガス触媒について調べた。エンジンから排出される一酸化炭素、炭化水素、NOxを化学反応で二酸化炭素、水、窒素へと変換する。触媒は白金、パラジウム、ロジウムの三元触媒。 (3)熱サイクルとは、作動流体が状態変化を繰り返しながら熱エネルギーを仕事に変換したり、逆に仕事を用いて熱を移動させたりする一連の過程である。代表的なものにカルノーサイクル、ランキンサイクル、ブレイトンサイクルなどがあり、発電や冷凍機、空調設備などに応用されている。これにより、エネルギーの効率的な利用や環境負荷の低減が図られている。
A.
A.① 講義の再話 今回の講義では、自動車の製造工程や工業の生産方式、エンジンの仕組みについて学んだ。自動車は大きく分けて五つの工程を経て製造され、それぞれの工程で部品の加工や組立、塗装、検査などが行われることを理解した。また、工業には製品を組み立てて完成させる「組立型」と、化学反応などによって物質を製造する「プロセス型」の二つの生産方式があることを学んだ。さらに、鉄は強度が高い一方で錆びやすいという弱点があり、それを防ぐために電着塗装技術が用いられていることも学習した。エンジンは燃料を燃焼させて熱エネルギーを運動エネルギーへ変換する熱機関であり、その効率を考える上でカルノーサイクルの考え方が重要であることを理解した。また、蒸気機関よりも小型で高効率なガソリンエンジンが普及した理由や、異常燃焼であるノッキングを防ぐためにガソリンのオクタン価を高めることも学んだ。 ② 発表の要旨 私は、自動車の排気系に使用される触媒について発表した。自動車には第一触媒、第二触媒、消音器の順に部品が取り付けられている。第一触媒は、白金（プラチナ）やパラジウムなどのレアメタルを用いたハニカム構造の触媒で、排気ガス中の有害物質を浄化する重要な役割を担っている。この触媒は筒状のケースの中に組み込まれ、効率よく排気ガスを浄化できるよう設計されている。また、サプライチェーンでは、レアメタルの採掘から製造・成形を経て自動車工場でマフラーへ取り付けられ、使用後には回収されてレアメタルとして再利用されることを説明した。 ③ 復習 今回の講義を通して、自動車は多くの工程と高度な技術によって製造されていることを改めて理解した。特に、鉄の腐食を防ぐ電着塗装や、排気ガスを浄化する触媒などは、安全性や環境保全に欠かせない技術であると感じた。また、レアメタルは貴重な資源であるため、使用後に回収・再利用するリサイクルの仕組みが重要であることも学んだ。今後は、自動車を構成する材料や製造技術だけでなく、環境負荷の低減や資源循環の視点も意識しながら、工業化学についてさらに理解を深めていきたい。
A.「10.自動車がなくなったら―目指せカーボンニュートラル―」について、（１）自動車製造などに用いられる電着塗装は、電着浴内に浸せき被塗物と対極との間に電圧をかけると、水の電気分解によって電極近傍の界面pHが急変し、そのため塗料粒子が凝縮・付着する特質を利用する塗装技術である。塗料は高分子電解質で、その電荷の正負に従ってカソードあるいはアノードに電着するので、それぞれカチオン電着塗装あるいはアニオン電着塗装とよばれる。ディーゼルサイクルは、主にディーゼルエンジンの理論サイクルとして用いられる。「断熱圧縮」「等圧加熱」「断熱膨張」「等積冷却」の4つの状態変化から成り立っている。ブレイトンサイクルは、ガスタービンやジェットエンジンなど、連続的に気体を流しながら仕事を取り出す「流れ系」の熱機関の基礎となるサイクル。「断熱圧縮」「等圧加熱」「断熱膨張」「等圧冷却」の4つの変化で構成されている。 （２）発表要旨について、自動車の排ガス浄化触媒について調べてみようであり、グループ名はパラジウム、グループに属した人は伊沢心寧、加藤夏海、中川雅貴、石川愛菜、大屋健太郎、越須賀太陽であった。役割としては、概念化・調査を行った。排ガスは三元触媒を用いて主に、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物をターゲットにしている。また、触媒の構造はハニカム構造になっていて、表面に白金やパラジウムなどの貴金属がコーティングされている。 （３）熱サイクルとその応用について調べてみようでは、熱サイクル（熱力学サイクル）とは、気体や液体などの作業物質に「加熱」「冷却」「膨張」「圧縮」といった一連の状態変化を繰り返し行わせ、最終的に元の状態へ戻すプロセスのことである。熱エネルギーを力学的仕事に変換したり、逆に仕事を利用して熱を移動させたりするための基礎となる概念で、主な熱サイクルの種類と特徴としてカルノーサイクルは、2つの等温変化と2つの断熱変化からなる、理論上最も高い熱効率を実現する理想的なサイクル。内燃機関のサイクルは、燃料を内部で燃焼させる方式。自動車のガソリンエンジンやディーゼルエンジンの基礎となっている。外燃機関・発電用のサイクルは、水を蒸発させてタービンを回す火力・原子力発電の「ランキンサイクル」や、航空機やガスタービン発電の「ブレイトンサイクル」などがある。冷凍サイクルは、熱サイクルを逆向きに利用し、外部から仕事（電力など）を加えることで低温側から熱を奪い、高温側へ放出する仕組み。熱サイクルの主な応用分野は、火力発電や原子力発電では、ボイラーや原子炉で得た熱で水を高圧の蒸気とし、タービンを回して電気を作っている。ガソリン車、ディーゼル車、船舶、ジェット機などのエンジンは、燃料の燃焼と気体の膨張・圧縮サイクルを利用して大きな推進力を得ている。エアコンや冷蔵庫は、冷媒の相変化を利用した冷凍サイクルにより、冷却や暖房を行っている。
A.(1)オクタン価はガソリンのノッキング耐性を示す指標であり、セタン価はディーゼル燃料の自着火しやすさを示す逆の概念である。圧縮比を高めると効率が上がる一方ノッキングが発生しやすくなるため、オクタン価の高いハイオクガソリンが用いられる。ハイオクをレギュラー車に給油しても問題はないが性能向上も期待できず、逆にレギュラーをハイオク指定車に給油するとエンジンに悪影響を及ぼす。ガソリンのサプライチェーンは油田採掘・原油輸送・製油所での分留精製・タンクローリー配送を経て消費者に届く。現代のエンジンはノッキングセンサーとECUによる進角制御を備え、異常燃焼を検知すると自動的に点火時期を遅らせる。この電子制御技術の普及により四エチル鉛のようなアンチノック剤でオクタン価を化学的に制御する必要性は低下し、精製段階での成分調整が主流となった。制御手段が化学的添加から電子的制御へ移行したことがこの分野の本質的変化である。 (2)三元触媒はガソリン車の排ガス浄化装置であり、プラチナ・パラジウム・ロジウムをハニカム状セラミック担体にウォッシュコート法で担持した構造を持つ。炭化水素とCOを酸化、NOxを還元することで三種の有害物質を同時に無害化し、排気管の途中に組み込まれる。なお燃料中の硫黄分を除去する水素化精製は製油所での別工程であり、三元触媒とは区別される。触媒が有効に機能するには理論空燃比付近での運転が必要であり、酸素センサーとECUによるフィードバック制御が不可欠である。貴金属のサプライチェーンは南アフリカとロシアの二か国で世界生産の約九割を占めるという極端な偏在構造を持ち、ロシア危機の際にはパラジウム価格の高騰がプラチナ価格にも連動した。リサイクルに依存せず触媒設計自体で貴金属使用量を削減する技術開発がメーカーの本質的な課題である。 (3)繊維と紙は人類文明の根幹を支える材料であり、そのサプライチェーンは天然資源にまで遡る。繊維は天然繊維（植物・動物・鉱物）と化学繊維（合成・再生）に分類され、メソポタミアの羊毛・エジプトの麻・中国の絹に代表されるように各文明と深く結びついてきた。インド産綿布が英国の羊毛工業を脅かしたことが産業革命の引き金となった歴史は、繊維が経済・技術革新を動かす力を持つことを示している。紙は中国で発明され、グーテンベルクの活字印刷が宗教革命を、輪転機が情報拡散を加速させた。洋紙の製造はクラフトパルプ法を中心とし、木材チップを水酸化ナトリウムで蒸解・漂白する化学プロセスに基づく。紙は改竄困難・長期保存可能という特性を持ち、電子媒体とは異なる固有の価値を持つ。1970年代のトイレットペーパー騒動はサプライチェーンの脆弱性を社会に知らしめた歴史的事例である。
A.【講義の再話】 講義では、自動車が社会を支える重要な工業製品であり、その発展には材料技術やエネルギー変換技術が関わっていることを学んだ。自動車に使用される金属材料には強度がある一方で、錆びやすいという弱点があり、耐久性を高めるための加工や材料開発が行われている。また、自動車の動力源であるエンジンについて、熱エネルギーを運動エネルギーへ変換する仕組みを学んだ。理想的な熱機関のモデルとしてカルノーサイクルがあり、実際の気体を用いたエンジンでは不可逆性などの影響を考慮したサイクルが必要になる。ガソリンエンジンはオットーサイクル、ディーゼルエンジンはディーゼルサイクルに基づいて動作していることを理解した。近年では電子制御による着火技術も発展しており、燃焼効率の向上や排出ガスの低減につながっている。さらに、カーボンニュートラルを目指すためには、自動車そのものをなくすのではなく、環境負荷を減らす技術の開発が重要であることを学んだ。 【発表の要旨】 私たちのグループでは、自動車の排ガス浄化作用について調べ、白金やパラジウムなどの貴金属触媒が重要な役割を果たしていることをまとめた。自動車の排ガスには環境に影響を与える成分が含まれているが、触媒を利用することで有害な物質を化学反応によって無害な物質へ変換することができる。白金やパラジウムは高い触媒活性を持ち、排ガス中の一酸化炭素や炭化水素などの浄化に利用されていることが分かった。また、環境対策にはエンジンの改良だけでなく、材料や触媒技術の発展も欠かせないという結論に至った。 【復習の内容】 復習では、自動車の環境負荷を低減するための技術についてさらに調べた。従来の内燃機関では燃料を燃焼させて動力を得るため、二酸化炭素の排出が課題となっている。そのため、燃焼効率の向上や排ガス浄化触媒の改良、電動化などの技術開発が進められていることを理解した。また、白金やパラジウムのような希少金属は高価であるため、使用量を減らした触媒や代替材料の研究も重要であると感じた。自動車は単なる移動手段ではなく、材料、化学、エネルギー技術の集まりであり、将来の持続可能な社会を実現するためには、多方面から技術を発展させることが必要であると考えた。
A.
A.① 今回の授業では、自動車などの金属製品を腐食から守るために用いられる電着塗装と、熱機関の基本原理について学んだ。鉄は水分や酸素と反応して錆が発生しやすいため、製品の耐久性を向上させるには防錆処理が欠かせない。その代表的な方法が電着塗装であり、水に分散した塗料の中に製品を浸し、電流を流すことで表面に均一な塗膜を形成する技術である。電着塗装にはカチオン電着塗装とアニオン電着塗装があり、現在の自動車では防錆性能に優れたカチオン電着塗装が広く採用されていることを学んだ。また、熱機関では理想気体を作動流体として考え、状態方程式 PV=nRT を用いて挙動を説明することを理解した。さらに、カルノーサイクルは「等温膨張・断熱膨張・等温圧縮・断熱圧縮」の4つの工程から成り、理論上最も高い熱効率を示す熱機関のモデルであることを学んだ。この考え方は実際のエンジンや発電設備の性能を評価する基礎となる重要な理論であり、エネルギーを効率よく利用するための指標となっていることを理解した。 ②排ガスの有害物質の無害化をしている。Ptなどが使われている。 ③ 復習では、ガソリンエンジンに用いられるオクタン価と、ディーゼルエンジンに用いられるセタン価について理解を深めた。オクタン価はガソリンの自己着火しにくさを表す指標であり、数値が高いほどノッキングが起こりにくく、高圧縮比のエンジンでも安定した燃焼が可能となることを学んだ。一方、ディーゼルエンジンでは圧縮した空気中へ燃料を噴射して自然着火させるため、自己着火しやすさを示すセタン価が重要となる。セタン価が高い燃料ほど始動性が良く、燃焼も安定することを理解した。また、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンでは求められる燃料の性質が大きく異なることを再確認した。さらに、自動車の性能だけでなく、燃費や排出ガス、環境負荷の低減を実現するためには、エンジン技術だけでなく燃料の品質や触媒技術も重要であることを学んだ。今後はエネルギー効率や環境への影響にも着目しながら、内燃機関や燃料技術についてさらに理解を深めていきたい。
A.
A.本講義では、自動車がなくなったらというテーマで、カーボンニュートラルを目指す社会とモビリティの変化について学んだ。これまでの「ビークル」という考え方から、「モビリティ」というより広い概念へと移行している点が印象的であった。電気自動車だけでなく、電動自転車や超小型モビリティといった多様な移動手段が登場しており、私たちの移動のあり方そのものが変わりつつあると感じた。また、電気自動車の航続距離は電費と電池容量によって決まることを具体的な数値で理解することができた。一方で、リチウムイオン電池はエネルギー密度の点でガソリンに比べて重くなるという課題もあり、単純に電動化すればすべて解決するわけではないことも分かった。さらに、電気の供給源が火力発電であれば、結局は化石燃料に依存しているという問題もあり、エネルギー全体の仕組みを見直す必要があると感じた。 発表では、自動車の排ガス浄化触媒について調べ、その役割を理解した。排気ガスには窒素酸化物や一酸化炭素、炭化水素といった有害物質が含まれているが、触媒の働きによってこれらを窒素や酸素、二酸化炭素、水蒸気といった比較的無害な物質へと変換することができる。このような化学反応によって環境への影響を低減していることから、触媒技術は現代の自動車にとって不可欠な存在であると感じた。目に見えない部分で環境対策が行われていることを知り、技術の重要性を改めて認識した。 復習では、ハイオクガソリンについて整理した。ハイオクガソリンはオクタン価が高く、エンジン内での異常燃焼を抑えることができるため、高性能なエンジンに適しているという特徴がある。その結果、エンジンの効率を高めたり、出力を安定させたりするメリットがある。一方で、価格が高いことや、すべての車に必要なわけではない点にも注意が必要である。今回の復習を通して、燃料の違いがエンジン性能や環境負荷にどのように関わっているのかを具体的に理解することができた。全体を通して、これからのモビリティ社会を考えるうえでは、技術だけでなくエネルギーの在り方まで含めて考えることが重要であると感じた。
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第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
