７．述 而 じゅつじ
ことば-------------------------------------------------------------
「道に志し、徳に拠り、仁に依り、芸に遊ぶ」（６）
「一隅を挙げて三隅をもって反らざれば、復せざるなり」（８）
「不義にして富みかつ貴きは、われにおいて浮雲のごとし」（15）
「子、怪、力、乱、神を語らず」（20）
「三人行えば、必ずわが師あり」（21）
----------------------------------------------------------
６ 道を目標とし、徳を身につけ、仁を実践し、教養をひろめる。（孔子）
子曰、志於道、據於徳、依於仁、游於藝。
Confucius said, "Aspire after the Way, follow the virtues, follow the
benevolence and enjoy arts."
【俳句×短歌トレッキング：#台風１５号】
人生の台風圏に今入りし 高浜虚子
今世紀最大級のタイフーン今朝（あさ）のテレビに詰められており
台風など非常時に電気供給 電気自動車活用で協定
彦根市と日産自動車、滋賀日産自動車はこのほど、電気自動車を活用した災
害連携協定を締結した。非常時に避難所に電気自動車を配備し、車内の蓄電
池から生活に必要な電気を供給する。電気自動車を使って地域課題を解決す
る日産の「ブルースイッチ活動」の一環。災害連携協定は全国で８例目で、
近畿で初（朝日新聞デジタル,2019.09.08）。災害時に県内の販売店を通じ、
電気自動車を避難所に配備。プラグで接続した給電器から、照明や空調など
の家電用に送電する。１度の充電で、一般家庭に必要な電力４日分を賄える。
締結式には、日産自動車の神田昌明理事や大久保貴市長らが出席。彦根駅前
で電力供給の試験をした。神田理事は「昨年は近畿も台風や豪雨で大きな被
害を受けた。環境に優しい電気自動車を役立ててほしい」と話す。
【ポストエネルギー革命序論４８】 
【新弥生時代：バイオブタントリオール】
ブタントリオールの発酵生産性の向上に成功
神戸大学大学の研究グループは、出芽酵母に遺伝子工学技術を用いて、稲わ
らの水熱処理物から1,2,4-ブタントリオールを発酵生産することに成功した
ことを公表。1,2,4-ブタントリオールは、抗腫瘍剤、抗ウィルス剤、推進剤（
燃料）等の合成原料、また溶媒としても利用される有用化合物。
この研究では、1,2,4-ブタントリオール生産のボトルネック反応が、異種生
物由来の鉄硫黄タンパク質による反応であることを明らかにし、従来あまり
注目されてこなかった酵母の鉄代謝機構の改変に取り組むことで、これまで
酵母で機能発現することが難しかった異種生物由来の鉄硫黄タンパク質の酵
素活性を約6倍向上させることに成功した。
本研究成果は、2019年8月18日に国際科学誌「Metabolic Engineering」に掲
載。Production of 1,2,4-butanetriol from xylose by Saccharomyces
cerevisiae through Fe metabolic engineering;DOI: 10.1016/j.ymben.2019.
08.012
ポイント:
①1,2,4-ブタントリオールは化成品、医薬品、燃料等の多様な有用化合物の
合成原料として利用できる。
②従来、酵母では高い活性を持った状態で発現することが困難だった、異種
生物由来の鉄硫黄タンパク質の酵母細胞内での高活性化に成功した。
③バイオマス（稲わらの水熱処理物）を原料とする1,2,4-ブタントリオール
の発酵生産（1.1 g/L）に世界で初めて成功した。
研究の背景:
現在、プラスチック・繊維・燃料等の、現代社会での暮らしを支える多くの
製品は石油から作られています。しかしながら、過度な石油化学製品の消費
は、様々な環境問題を引き起こす大きな要因となっています。そこで、大量
に存在して安価な草や木などの再生可能資源を原料として、微生物を用いて
モノづくりを行う「バイオリファイナリー」の構築が期待される。
1,2,4-ブタントリオールは様々な医薬品や化成品、燃料の原料として利用で
きる有用な化合物。現在1,2,4-ブタントリオールは、工業的には石油由来の
原料から生産されているが、多量の副生成物の排出、高温・高圧条件でのエ
ネルギー消費の大きい反応が必要など、問題が多くある。そこで、より穏和
な反応条件で副生成物も少ない微生物による再生可能な植物資源からの発酵
生産方法が望まれてきた。本研究では、頑強な細胞構造を有し、工業スケー
ルでの物質生産に向いている酵母Saccharomyces cerevisiaeを宿主に遺伝子
組換えを重ね、1,2,4-ブタントリオール生産能力の高い菌株の開発に取り組
んだ。
研究の内容:
1,2,4-ブタントリオールは、 草や木などのバイオマスに含まれるキシロース
から図１に示す5段階の反応で、微生物の細胞内で生産することがでる。
しかしながら、酵母は本来1、3、4段階目の反応を触媒する酵素を持っていま
せん。本研究では、遺伝子工学技術を用いてこれらの酵素をコードする異種
生物由来の遺伝子を酵母に組み込み、1,2,4-ブタントリオールを効率的に生
産できる酵母の開発を行った。
研究の初期に作成した試作株では、1,2,4-ブタントリオールの生産量はごく
僅か（0.02 g/L）た。研究の結果この試作株では、３段階目の反応を触媒す
る脱水酵素と４段階目の反応を触媒する脱炭酸酵素（図１）の働きが酵母細
胞内で十分ではない。３段階目の反応を触媒する脱水酵素は、構造内に鉄硫
黄クラスターを有する鉄硫黄タンパク質であることが報告されており、酵母
では異種生物由来の鉄硫黄タンパク質を本来の活性を維持させた状態で発現
することが難しいことが知られている。原因として、本来酵母の持っていな
い異種の鉄硫黄タンパク質に分配するのに十分な量の鉄硫黄クラスターが酵
母細胞内に無いことが考えられた。
そこで本研究ではこの脱水酵素の高活性化を目的に、酵母の鉄代謝（図２）
に関する様々な遺伝子組換えを行ったところ、鉄イオンの取り込み能が強化
された菌株で約６倍の酵素活性の向上が見られた。また、もう１つのボトル
ネック反応である４段階目の反応を効率的に触媒する脱炭酸酵素を探索した
結果、Lactococcus lactis由来のKdcAが適していることが明らかとなった。
最終的にこれら1,2,4-ブタントリオール生産に有益な組換えを全て行った菌
株は、人工的な培地から最大1.7 g/Lの1,2,4-ブタントリオールを生産する
ことができた。また、通常処分されているような稲わらに水熱処理を施して
得られた溶液（図３）を培地に用いて発酵試験を行なったところ1.1 g/Lの
1,2,4-ブタントリオールを生産することに成功した。
今後の展開:
本研究で得られた酵母細胞内で異種生物由来の鉄硫黄タンパク質の酵素活性
を強化する方法は、鉄硫黄タンパク質を必要とする他の有用化合物の発酵生
産にも応用でき、生産性の改善に役立つと考えられる。1,2,4-ブタントリオ
ール生産に関しては、本研究で得られた知見をベースに代謝経路を最適化す
ることで、更なる生産性の向上が見込める。
※1,2,4-ブタントリオール（1,2,4-Butanetriol）は、吸湿性、粘性、可燃
性、不快臭のあるやや黄色がかった透明の液体の有機化合物である。アルコ
ール性の親水性ヒドロキシル基を３つ持っており、グリセロールとエリトロ
ールに類似。この物質はキラリティーを持ち、１組のエナンチオマーが存在
する。消防法に定める第４類危険物 第3石油類に該当。1,2,4-ブタントリオ
ールはプロペラントとして重要なBTTNの製造に使われ、またコレステロール
抑制剤の前駆体、ポリエステルモノマー、そして溶媒としても使われる。ま
た、ヒドロホルミル化したグリシドールの還元、エステル化したリンゴ酸の
水素化ホウ素ナトリウムによる還元、もしくはリンゴ酸の触媒による水素化
といった方法で合成する。
【最新３次元量子ドット造形技術】
世界初！３次元量子ドット構造形成実現しInGaAsナノ円盤構造を観察
バイオテンプレート極限加工により次世代量子ドットマイクロLEDの実用化
東京大学大規模集積システム設計教育研究センタ（VDEC）らの研究グループ
は、バイオテンプレート技術と融合して低欠陥のナノサイズの低濃度のイン
ジウムガリウム砒素/ガリウム砒素(InGaAs/GaAs)円盤構造（量子ドット）注1）
を有する柱状構造（ナノピラー構造）を作製することに成功。 さらに、有機
金属気相成長法を用いて、ナノサイズのInGaAs/GaAs円盤構造を有するナノピ
ラーをガリウム砒素での埋め込み再成長に成功し、ドライエッチングで作製
した世界最小のInGaAsナノ円盤構造の作製に成功しました。フォトルミネッ
センスの温度依存性測定により、ドライエッチングで作製したInGaAsナノ円
盤構造からの波長幅の広い発光を実現。
①ガリウム砒素などの化合物半導体はシリコンに比べて光の発光効率や吸光
効率が極めて高く、②特に化合物半導体量子ドットは、ナノスケールの構造
から生じる量子効果によって、③より単色化され高強度な光を低消費電力で
温度の影響少なく発光するため、単一光子光源などに応用が期待されている。
④有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法で作成される従来の量子
ドットは高いインジウム濃度（50％以上）でのみ量子ドットが形成できる。
⑤また、従来のドライエッチングでは、微細化に限界があるばかりではなく、
⑥脆弱な化合物半導体では激しく欠陥が生成されるため、発光効率が大きく
劣化してしまうという問題点がある。
本研究グループは、鉄などの金属微粒子を内包したたんぱく質が、特殊な処
理をした表面に自発的に規則正しく配列した構造を作る性質を用いて、金属
微粒子を化合物基板の上に高密度に間隔20nm程度で配置。その後、たんぱ
く質だけを除去して金属微粒子を加工マスクとして中性粒子ビーム 注2）によ
る低損傷エッチングと有機金属気相成長を行うことにより、ナノメートルオ
ーダの欠陥の少ないInGaAs/GaAsナノ円盤構造が20 nm（ナノメートル）間隔
で配列した構造を実現。本研究により作製された低欠陥のInGaAs/GaAsナノ円
盤構造は、近年、注目をあげている低消費電力マイクロLEDや半導体レーザへ
の展開が期待できる。本研究成果は、ACS Applied Electronic Materialsに
掲載されている。
化合物半導体量子ドット発光ダイオード 注3）（LED: light emitting diode）
および量子ドットレーザ 注4）は低消費電力光素子として、また超高速光変調
素子として、飛躍的に高まる通信需要に応えユビキタス情報化社会を支える
重要な技術であり、広く実用化されている。これらのデバイスを実現するに
はナノメートルオーダでサイズや密度、位置などの制御された量子ドット構
造を作製が求められ、従来のトップダウン型のリソグラフィ技術とエッチン
グ技術に依存した微細加工技術では大きな困難が予想される。現状のリソグ
ラフィ技術では、①光源やレンズ系の設計において22nmよりも微細なパター
ン形成は技術的・経済的に大きな壁がありまた、②プラズマエッチング 注5）
では、ナノメートルスケールの構造形成においてはプラズマからの紫外線照
射による表面欠陥生成が大きな問題となっている。
特に化合物半導体はシリコンに比べて不安定な材料でプラズマに対して脆弱
であるため、プラズマエッチングによる欠陥のないナノ構造作製は不可能で
あると言われてきた。一方、ボトムアップ法で量子ドットを形成する手法と
しては、格子ひずみを利用した自己形成量子ドット作製法が一般的だが、こ
の手法では寸法のばらつきを十分に抑えることができない、ドットの密度に
限界（109－1010cm－2）があり、サイズに制限がある(数十nm程度)、材料を自
由に選択することができない、ひずみに伴う格子欠陥が不可避であるなどの
問題がある。そのため十分な性能の量子ドットレーザやLEDの実現には、良
好な量子効果を持つナノ構造の再現性のよい欠陥の発生しない作製技術の確
立が急務となっている。
現在、その最有力な手法として、ボトムアップ技術とトップダウン加工技術
の融合（プロセスインテグレーション）が注目され、多くの提案がされつつ
あり、ボトムアップ技術の中でも、バイオテクノロジーは極めて急速に進
歩しており、奈良先端技術大学院大学の山下一郎教授らは遺伝子操作により
改質されたフェリティン変異体などを用いてナノサイズの金属を内包したた
んぱく質を作製し、それらの自己組織化によるナノ構造作製を実現。一方、
トップダウン加工技術では、プラズマから放射される電荷や紫外線を抑制し、
低損傷で高精度のエッチングを可能とする中性粒子ビームの技術を世界で初
めて寒川教授が開発し、その効果を、最先端超LSIを用いて実証していた。
【研究の内容】
次世代の高効率マイクロLEDあるいはレーザの実用化に道を拓く技術として
バイオテンプレートと中性粒子ビームエッチングを組み合わせることで、イ
ンジウムガリウム砒素/ガリウム砒素（InGaAs/GaAs）構造の超低損傷・超高
アスペクトエッチングの実現に成功しました。さらに、有機金属気相成長法
を用いてガリウム砒素の埋め込み再成長に成功し、InGaAsナノ円盤構造の作
製に成功する。さらに、フォトルミネッセンスによる幅広い線幅の発光を実
証した。本研究では、バイオテンプレート極限加工法により化合物半導体（
InGaAs/GaAs）の低損傷エッチングを実現することで、室温にて量子効果を
示す厚さ9nm、直径20nm程度のナノピラー構造を、低欠陥、均一、高密度（
1011cm－2以上）、間隔（20nm程度）で2次元配置できることを示しました。有
機金属気相成長装置（MOVPE）注6）を用いて、InGaAs/GaAsウェハをバイオテ
ンプレートと中性粒子ビームの組み合わせで極限加工することで、InGaAsの
ナノ円盤構造を有する高さ100nm 程度のナノピラーを欠陥なく作製すること
に成功した。さらに、MOVPE装置を使ってガリウム砒素バリア層を再成長さ
せ保護膜を形成（パッシベーション）することで高品質界面の実現に成功し、
世界で類をみないトップダウンエッチングで作製したInGaAsナノ円盤構造の
形成に成功した。設計したナノ円盤構造の発光波長に対応する960nm 付近か
ら明瞭な発光が確認できた。ナノ円盤構造は、通常の量子井戸構造あるいは
量子ドット構造では困難であった幅広い線幅の発光を実現ができ、あらゆる
波長帯域を実現できる高効率な量子ドットLED およびレーザを実用化できる
構造として極めて有望である。
【今後の展開】
中性粒子ビームによる加工・表面改質・材料堆積技術は、現在の半導体業界
が直面している革新的ナノデバイスの開発を妨げるプロセス損傷を解決する
全く新しいプロセス技術であると考えられます。また、本技術を用いた装置
はプラズマプロセスとして実績がありもっとも安定した装置において用いら
れているプラズマ源をそのまま用い、中性化のためのグラファイトグリット
を付加するだけで実現できることから、今後、数十nm以下のナノデバイスに
おける革新的なプロセスとして実用化されてゆくこともおおいに期待される
ものです。中性粒子ビーム技術は既に均一大面積プロセスを実現できるプラ
ズマ源を基盤に装置が実現できるため、極めて実用的であり、今後、最先端
ナノデバイス製造プロセスにおいて中性粒子ビーム加工技術のみならず、中
性粒子ビームを用いた表面改質・修飾技術の研究開発を進めて実用的なデバ
イス開発を大いに推進していく予定。今回、ナノ円盤構造の作製に成功し、
発光を確認することに成功したことで、実用化に向けて大きく前進しました。
既に、大手装置メーカーと装置化への検討も進んでおり、近い将来の実用化
に向けてさらに研究を進める。
関連特許事例：
特開2019-085624 窒化物膜の形成方法 株式会社東北テクノアーチ他
【要約】
下図２のように、一実施形態の窒化物膜の形成方法は、基板に原料ガスを供
給する第１の供給ステップと、前記基板に窒素原子を含み水素原子を含まな
い中性粒子ビームを照射する第１の照射ステップと、を含む処理により、前
記基板の上に第１の窒化物膜を形成する第１の膜形成工程と、前記基板に前
記原料ガスを供給する第２の供給ステップと、前記基板に窒素原子と水素原
子とを含む中性粒子ビームを照射する第２の照射ステップと、を含む処理に
より、前記第１の窒化物膜の上に第２の窒化物膜を形成する第２の膜形成工
程と、を有することで、不純物が少なく高品質な窒化物膜を形成することが
可能な窒化物膜の形成方法を提供する。
Sep.6, 2019
独立系太陽光発電が急増のアフリカ事情
最後のフロンティアと言われるアフリカの独立系再生可能エネルギー市場で
の電力統合が活発している。分散型独立系太陽光発電の投資家にはチャンス
到来の地であり、先週の２つの大きな取引は、発電所の電力のない大陸の住
民６億に対応する市場の統合と拡大を意味する。先週、日本の三菱はサハラ
以南のアフリカで有力な従量制のソーラーホームシステムの事業社の英国の
BBOXX社に 5000万ドル投資。同社は数十万のアフリカの家庭に従量制の太陽
光発電プランを提供する企業で、パルス監視技術を介しソーラーシステムと
インバーターをネットワーク化、携帯電話接続市場の「モバイルマネー」事
業領域を使用し、分割払いの従量課金システムを導入している。数日後、今
度はフランスのエネルギー大手の Engie社が東アフリカの大手ホームソーラ
ーの事業者のMobisol社を買収。調査会社のWoodMac社は、Mobisol社とBboxx
社の取引が、戦略的投資が、最終顧客の将来の電力設備となる確信───独
立系世帯は、次の１０億人の顧客供給源で吸収源の電力サービスの提供を超
え、電力供給事業モデルを進化させる。WoodMac 社の最新データでは、独立
系再エネ企業への投資が急増し、2019年上半期で累積ベースで２０億ドル超
える。アフリカ特に東アフリカは、これまでの独立系投資の最大の対象地域
である。
ショーのスター
さまざまな技術や製品が独立系再エネ電力システムの一部と見なされ、ソー
ラーホームシステムが主役であり、特に従量制（paygo）モデルを販売する。
このようなモデルは、遠隔地の住宅顧客には、通常バッテリーでバックアッ
プした太陽光発電ユニットが提供され、家主は電気の恩恵を受けて時間の経
過とともにリース料を支払う。Paygoを使用すると、太陽光発電会社は、シ
ステムの前払いできない潜在的な膨大な顧客基盤を活用できるが、企業はそ
の負債を貸借対照表に計上する。アフリカの主要なホームソーラー事業者に
は、Zola Electric社とM-Kopa Solar社があり、M-KopaSolar社は、住友と三
井が支援している。そのような事業モデルの長期的機能には規模が重要とな
り、約20億ドルを管理する投資家であるAfrican Infrastructure Investment
Manager社のAIIM投資ポートフォリオは、BBOXXやナイジェリアのStarsight
Power Utilityなど、多数の独立系電力企業が含まれる。投資が本当に理にか
なうためには、顧客のポートフォリオ規模を拡大する必要がある。規模のレ
ベルに達するまで、ソーラーホームシステム顧客ののポートフォリオを運用
および運用固定費が高く、運転資本に圧力をかけ、拡大する能力を妨げる可
能性がある。現在、正式な銀行セクタの一部でない人口からの信用履歴の欠
如を含む、給与モデルにはまだ課題がある。企業は、ソーラーシステムが使
用され、支払いの確認に、顧客の高品質のポートフォリオを構築する必要が
ある。イゴソーラー社のような設備リース事業の資本集約的な性質は、債務
と資本を通じて運転資金を調達する電力供給者の継続的な要求ズがあること
を意味する。良いニュースは、企業が借入調達できるよになり、企業が規模
拡大しやすくなることである。 WoodMac社とEnergy4Impact社の最近のレポ
ートによると、2018年、独立系統投資の総資本構成の負債資本バランスが、
50-50に漸近。ペイゴのソーラー住宅は成熟レベルに達し。ソーラー住宅シ
ステムの普及は、この部門が「チャネル製品適合」マイルストーンを通過し
たため急増すると予想。
一部の市場リーダーは、企業レベルの収益性に近づき達成しており、投資環
境は良好な状態にある。このように、アフリカのソーラーホームシステム市
場のさらなる統合を生みだすと予測。市場の先導者たちは、洗練された分析
事業基盤の開発で顧客ポートフォリオの可視性を改善する。バリューチェー
ンに沿い、ソフトウェア、ハードウェア、販売ツールを開発。これらは、よ
り速いペースでバンドル解除およびライセンス供与を開始する可能性があり、
資本や現金を実際に投資せず市場がもう少し拡大できる場合、それらの企業
の一部はポートフォリオの証券化を開始し、より迅速拡大する可能性がある。
今後のミニグリッドブーム
独立系統電力市場の全セグメントが同じ進化段階でなく、2018年末時点で、
独立系エネルギーアクセスへの企業投資の約８０％は、Paygoソーラーホー
ム市場に投入されていたが、総投資のさらに１５％を吸収する別の有望な市
場として、ミニグリッド事業が存在する。これは、全国系電力網から切り離
された地域の村全体を接続する「ラストマイル」産業基盤整備で構成され、
ミニグリッドは、他のサービスに加えて、家庭、中小企業、学校、病院、そ
の他のエンドユーザーに最大５メガワットを電力供給でき、gie PowerCorner
Africa社は、ミニグリッドが農村部のユーザーグループを電化し経済成長を
可能にする最も安価な方法となり。その新興企業として、PowerCorner社は現
在タンザニアで１２のミニグリッド、ザンビアで１つのミニグリッドを運営
し、アフリカの４つの新しい国での新しいミニグリッド事業の最終合意を締
結している。このように１２か月で受益者の数を現在の12,500人から約5万人
に増やす新しいミニグリッド取引に漸近、にもかかわらず、同社はミニグリ
ッドの実行可能なビジネスモデルをまだ見つけておらず、そのような事業の
資金の確保は依然困難である。コスト効率の良い方法でエクイティファイナ
ンスのラストマイルインフラストラクチャの構築は困難。代わりに、Engie社
は結果ベースの資金調達を促進し、特定の接続基準に基づきインパクトファ
ンドをミニグリッドプロジェクトに振り向け、最終的にミニグリッドセクタ
ーの負債やその他の資金調達を支援している。アフリカのの独立系部門の最
初の融資スキームの１つで、７月にミニグリッド開発者であるPowerGen Re-
newable Energy社は、タンザニアの６０のミニグリッドの融資のために550万
ドルを確保している。グリッド市場は、ソーラーホームシステムに比べて未
成熟な市場である。設備投資に集中しているため、設備投資のシェアを補完
に、関連するドナーや機関からの支援資金を（理想的には結果ベースの資金
調達を通じて）見つける必要がある。これらの支援基金により、ミニグリッ
ドが最大２５年間の非常に長期的なビジネスである場合でも、スケールアッ
プに必要な民間資本を引き付けることができる。
●今夜の一枚
２０２０年後半 岐阜神岡でニュートリノ検出器は陽子崩壊を観測開始する。