エネルギー資源の枯渇や供給途絶などの構造的・偶発的リスク、および環境制約の下で、エネルギーの安定供給を確保することは、経済・社会活動を維持する上で重要な課題です。とくに東日本大震災をうけ、エネルギーの上流から下流(生産・調達、輸送、配送、需要端)にわたるシステム全体の強靭化を通じて、エネルギー安全保障を確保することの重要性が再認識されています。様々なリスクや制約の下で、エネルギー安全保障問題の解決に役立つ方策を考えるには、エネルギー・環境技術のみならず、内外のエネルギー情勢や経済学などを幅広く理解し、俯瞰的に分析することが必要となります。当研究室では、エネルギー問題の本質を工学的視点、社会科学的視点から学際的に理解した上で、様々な数理的手法(数理計画法、計量経済分析等)を用いて計算機上にエネルギーモデルを構築し、その数値シミュレーション分析を通じて、その解決に資するエネルギー・環境技術の最適導入戦略や、エネルギー政策の分析に従事しております。数理的分析に興味があり、エネルギー問題に旺盛な好奇心をもつ人を期待しています。

"地球の鉱物資源は、地球が誕生して以来46億年間の海洋環境の変動や地殻の進化によって生成した、まさに地球の進化の産物と言えるものです。地球史の初期に縞状鉄鉱層ができたのは、マントルが今よりも高温で鉄に富んでいたからです。明治の日本の発展の礎となった別子鉱山は、現在とは全く違った無酸素の深海が発達することによって生成したようです。地球の進化の謎解きをすることによって有用元素の濃集メカニズムを解明し、日本の最先端産業に欠かせないレアメタル（特にレアアース）資源などを確保するための探査指針を得たいと日夜研究に励んでいます。またグローバルな環境問題を解決するために、地球表層で堆積した堆積物（堆積岩）に残された地球化学的証拠を解読し、さらに海底に噴出した火山岩と海水との化学反応やそれに伴う物質収支を考察して、地球表層環境変動の本質に迫りたいと考えています。また大気の二酸化炭素濃度の上昇による地球温暖化に歯止めをかけるための方策として、海嶺近傍の海洋地殻中に二酸化炭素をシンクさせることを提案しています。
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プラズマの磁場閉じ込め実験を基盤とした研究を進めています。エネルギー問題が今世紀、ますます深刻になっていくことは想像に難くありません。核融合はこの問題に対する考え方を根本的に変えることを可能とするものです。核融合を起こすためには１億度を越える温度が必要で、燃料となる水素は「プラズマ」という電離した気体になります。このプラズマは生物ほどではないにしろ大変な複雑系ですし、核融合炉という工学システムもしかりです。１億度のプラズマを作るだけならできているのですが、核融合エネルギーの実現に向けて、まだまだ深い科学的理解（ものの見方）を獲得し、極限環境での高度な制御技術（ものの転がし方）を確立していかねばなりません。そのため、大型ヘリカル装置実験（岐阜県土岐市）を中核として、非線形性に満ちたプラズマの振る舞いを予測する物理モデルの構築と燃料サイクルなどのシステムダイナミクスの制御に取り組んでいます。

放射性廃棄物、特に、高レベル放射性廃棄物の地層処分は、今後の原子力利用の継続の有無に関わらず、解決すべき課題です。そして、その実現のためには、百万年にもわたる超長期、廃棄物を安全に隔離する多重のバリアシステムを設計し、その挙動を評価する必要があります。このような処分システムの実現は、スクラップ＆ビルドに基づく通常の工学製品の設計とは全くことなる工学問題です。
研究室では、地質環境を含む処分システム内の放射性核種の化学挙動の解明を通して、処分の信頼性向上に貢献することを目的とした研究を展開しています。地下環境中には、核種と相互作用する様々な物質が存在しているため、核種がとりうる化学形は多岐にわたります。そのような核種が経験する反応をX線やレーザー光、そして，中性子などをプローブとして読み解き、モデル化していくことで、処分の安全評価に繋げていきます。また、このような研究を通して得られた知識・ノウハウを、福島第一原子力発電所事故由来した放射性核種による汚染や一般の有害物質による環境問題の解決へと展開させていきます。

テクノロジーの発達ー1980年代に端緒を開く衛星観測や2000年のArgo計画ーに伴い、人類が取得する海洋情報は飛躍的の増えました。しかしながら、海洋を知るだけでなく、利活用するという視点を持てば、海洋情報はまだまだ乏しいと言わざるを得ません。フロンティアである北極海での現場観測や、海洋情報を得るための海洋観測機器開発、海洋数値モデルや衛星データの利活用に取り組んでいます。

資源循環を実現するための高度分離技術およびプロセス開発
資源循環型社会の構築は、SDGsの12番目の目標に明記されるように、世界的な課題の1つです。カーボンニュートラルを支える電池や太陽光パネル、マルチマテリアルの経済性のある資源循環プロセス構築を目指し、機械的・電気的な単体分離、物理選別、湿式および高温プロセスなどの化学的分離を最適に組み合わせ、新規分離技術またはプロセスを構築します。分離の評価には、高速カメラ・顕微鏡による直接観察や、X線・磁気分析を駆使した固体分析や溶液分析、ゼータ電位測定やAFM測定を駆使した界面分析などを駆使して、学術的な深化を目指します。将来的には、それら分離特性を製品製造にフィードバックし、社会を資源循環型社会へと変革することを目指しています。

地球規模の課題や原子炉事故を受けて、システムの安全を支える材料の重要性は高まっています。私たちは、将来のエネルギー源として期待される核融合炉や新型原子炉の開発、および原子炉の安全性向上に資する材料研究を進めています。極限環境における鉄鋼や金属材料の劣化のメカニズムを、微細組織分析と機械強度測定から解明し、材料開発に結びつけています。

人類の生活は様々な生態系サービスの上に成り立っています。生態系の持つ多様な機能をできる限り保全するとともに、劣化した生態系の修復、望ましい生態系の積極的な創出を図ることが必要です。特に、地球表面の約7割を占める海洋は、地球の気候、食料、エネルギーなどの問題に非常に重要な役割を担っています。本研究室では、人間活動の海洋環境への影響、海洋や沿岸域における生態系の保全・修復・創造技術、生態系の変化と社会システムの関連を解析・評価するための研究に取り組んでいます。手法としては、海の流れや生態系、それに関わる人間活動等をモデル化し、コンピュータ上でシミュレーションを行うことによって、物質の循環がどうなっているのかを調べたり、人類の活動によって海の環境に将来どのような変化が起こるのか、また逆に海洋を利用することによって社会や経済にどのような変化が生じるかを予測・分析します。

地球最後のフロンティアとも言われる深海に眠る鉱物資源「レアアース泥」や「マンガンノジュール」は、社会の持続的発展を支えることのできる新たな資源として注目されています。その効率的な探査・開発の鍵となるのは、それらがいつ、どこで、どのようにして生まれたか、つまり成因を解明することです。そこで、光学・電子顕微鏡によってフロンティア資源の物質的実体を明らかにし、さらに微化石分析や同位体分析を駆使して生成年代を決定する研究を実施しています。鉱物資源は大気、海洋、大陸、生物などの地球の構成要素が複雑に関わり合う「グローバル物質循環システム」の中で、さまざまな物質が循環し、有用元素が集まった結果生まれたものです。この巨大で複雑なシステムの中に、鉱物資源生成の支配要因を見出すことが、この研究の核心です。それを明らかにすることで、フロンティア資源の生成に適した、地形、年代、環境といった条件を制約し、さらには広大な地球から探査海域を絞り込み、効率的に資源を見つけ出すための新たな探査指針を打ち出すことを目指しています。

環境・エネルギー問題という流動的かつ深刻な制約の中で、輸送・物流システムや人工物を構成する素材の力学特性・安全性・コスト・環境負荷といった性能全般を多角的に評価し、その比較結果や将来の変化の可能性などをわかりやすく提示することが重要と考え、次のような研究を行っています。(1)各種統計量の変化の要因を分析して未来像を予測し、持続可能社会のために効果的な対策技術を抽出しています。特に材料技術開発の効果が大きい運輸・産業部門において、各種新素材・新技術のLCAをもとに長期的省エネ・温暖化対策効果の評価を行っています。(2)運輸部門の省エネには軽量新素材が効果的であり、産業部門の省エネには資源の寿命を使い切る3Ｒ性の追求と非枯渇性資源の有効活用が効果的です。そこで、従来のエネルギー多消費型の人工物用材料に置き換えて持続可能社会を実現することを目標として、超軽量炭素繊維強化熱可塑性プラスチックス（CFRTP）の量産化技術やリサイクル技術等を開発しています。

地球や月・火星などの地下構造をイメージングする探査技術と、地下の動きを捉えるモニタリング技術の開発を行っています。地下の状態を捉えることがCO2地中貯留や地熱といったCO2削減やエネルギー開発にきわめて重要です。当研究室では、独自に開発した超小型震源装置を活用し、低コストで連続的に貯留層をモニタリングするシステムの構築に取り組んでおり、CO2地中貯留プロジェクトへの実用化を目指しています。また、防災に貢献すべく、日本列島全域で発生する地震や火山活動を予測するモニタリング技術も開発しています。近年、探査技術は地球だけでなく、宇宙での資源開発や基地建設でも求められるようになりました。当研究室では、宇宙探査向けの機器開発や宇宙で取得されたデータの解析も積極的に行っています。このような探査技術・モニタリング技術は、近年の機械学習等を利用したデータ解析手法、成長の著しいセンシング技術、GPUなどによる計算環境の大幅な向上に支えられ、加速的に進歩しています。

海洋を知り利用し、そして航海・海上作業の安全を図るために、海流、波浪、海上風の観測・数値シミュレーション・機構解明・予測研究を行っています。日本近海を流れる黒潮の膨大なエネルギーを直接利用するためには、流れの特徴を海洋学的な観点からだけでなく、工学的に利用できる情報として表現する必要が有ります。衛星合成開口レーダー画像や高解像度シミュレーション結果から、例えば、カルマン渦、内部波ソリトン、島捕捉波など、力学的に興味深い島周辺の複雑な流れの現象について新しい見解を得ることが出来ました。また、異常波浪（フリーク波、ローグ波）の発生機構解明と船体応答解析のため、スーパーダウンスケール波浪モデル、非線形性を考慮した造波実験、ステレオカメラによる波高計測などを行っています。弱非線形波動の素過程に関する研究がベースですが、強い非線形性にも着目しています。そして、波力・海流発電の実現のためには、観測・シミュレーションに基づき、資源量・発電機性能評価を行い、規準の策定に産官学連携で取り組んできました。これらの知見は、帆主機従の大型貨物船の運航計画やセーリング競技等への応用に活かされています。そして、北極海や台風・爆弾低気圧下の波浪など、新たな脅威に関する研究を始めています。

日本を取り囲む海洋は、海洋エネルギーや海洋資源など、膨大なポテンシャルを秘めています。今後、日本周辺の海洋の利活用や開発がますます進展する中、その基盤となるのが船舶や海洋構造物などの浮体技術です。波の挙動を理解し制御することが、安全な海洋利用や技術開発の鍵となります。特に、巨大波中の浮体の挙動といった安全性を脅かす現象は極めて複雑で非線形です。大型水槽施設での浮体模型実験などを通じ、このような現象の解明に取り組んでいます。波浪やその中での浮体応答を理解し、解明していくことで、安全な海洋の利活用や開発に貢献していきたいと考えています。

物理・生命原理や世界の成り立ちの理解は、新しい量子計測・センシング技術・イメージング手法の発明によって拡張されてきました。研究室では、光・原子核・電子などの様々な量子計測を高度化し、これまでにないセンシング手法を生み出すことで、複雑なシステムを理解し、原理を解明することを目指しています。またこれらの量子センシング技術は、システム・装置化することで悪性腫瘍の早期診断や治療などの医療技術として役立たせることができます。一緒に新しいアイデアを考え、実際に利用できる工学技術として実現し、新たな原理・現象を発見できる研究を進めていければと思います。

人間が生活するために、地圏（地表や地下空間）では様々な開発行為がなされています。「環境・エネルギー」に関して、環境保全、廃棄物処理、固体資源やエネルギー開発など様々な面で地圏開発と関連があります。地圏の開発に関する研究分野のうち、(1)都市部での高度地下利用に関する研究、(2)エネルギーの安定供給を目指したエネルギー貯蔵技術に関する研究、(3)斜面など岩盤崩壊の予知に関する研究、(4)地殻材料の力学的性質の解明に関する研究、(5)開発機械と地殻材料（岩石・土質）のインターフェース（相互作用）に関する研究、(6)廃棄物の処分や有効利用に関する研究、などを原位置・室内試験、数値解析によって研究を行っています。最近では、岩盤が崩壊する際に発生する電磁波を観測することによる斜面崩壊や地震の予知や、建設発生土やPETボトルをコンクリートに再利用する研究開発、海底熱水鉱床の開発なども行っています。

未知なる海洋で活動するには海洋工学の知恵とデータが示唆する実現象、両者の知見を結集することが必要です。着実な専門性と新しいものへのチャレンジ精神をもって主体的に研究に取り組んでもらえるようサポートしていきます。

持続可能な社会の実現に向けて、高効率な資源循環を実現するための技術開発を行っています。リチウムイオン電池などのE-waste、廃プラスチック、コンクリート廃材や製鋼スラグなど多様な廃棄物を対象として、粉砕から分離選別、有用元素の抽出に至る最適なプロセスの構築を産業への応用を前提として進めています。また、海底鉱物資源 (レアアース泥や海底熱水硫化物鉱床) の選鉱・製錬技術の構築により、フロンティア資源開発を後押ししたいと考えています。鉱山廃水や工業排水からの重金属除去や、二酸化炭素の人工固定といった環境に関わる技術開発も行っており、“環境に配慮した資源処理技術”の体系化を目指しています。

本研究室では、主にコンピュータを利用したシステム工学における様々な手法を用いて、特にエネルギーシステムの計画、解析、評価に焦点をあてた研究を行っています。具体的には、コンピュータ上に大規模数理計画問題として構築した世界エネルギー経済モデルを用いて、各種のエネルギー供給技術の導入可能性の評価や、エネルギーセキュリティーの向上策や地球温暖化対策などのエネルギー政策の経済性評価などを試みています。また、ゲーム理論や金融工学、そしてマルチエージェントシミュレーションの手法を用いて、電力市場の制度設計や、エネルギー調達の最適戦略立案などのエネルギーマネージメントの研究も行っています。全世界を対象にした今後100年間のエネルギー問題や、まだ実現されていない社会制度等を対象にするため、研究を進めるにあたっては、経済学などの工学以外の学問分野への関心と、異国の遠い将来をも慮る強靭な想像力が必要となります。

異なる物性を持つ流体が混在する混相流は、原子炉をはじめとした工業分野や自然環境、人間の体内等、様々な時空間スケールにて生じる現象です。特に、気体と液体により形成される気液二相流の理解は、次世代原子炉や、熱交換機器、化石燃料輸送系等といったエネルギー・化学システム系統の設計や、安全な運転に重要となります。研究室では、混相流を軸とした実験・計算・理論の多角的なアプローチにより、次世代原子炉R&Dや産業技術イノベーションに向けたモデル開発を行います。国内プラント、電子機器メーカー、電力会社との共同研究をはじめ、国内外の研究室との交流を積極的に推進しています。

ジュール・ヴェルヌが深海に思いを馳せてから百数十年、人類の活動範囲は現に深海へと広がりつつあります。 私たちの研究室では、大水深海底資源の実用化を目指すとともに、海底下へのCO2隔離など、海底利用技術も含めた研究開発を進めています。人類の目指すべき社会を想像し、その実現に向けて最初の一歩を踏み出す、そんな気概を持った学生の皆さんの挑戦を待っています。

「資源」とは、我々が経済的に採取・利用することのできる、有用元素や化合物の濃集体です。私は特に、レアメタル・レアアースを高濃度で含む海底鉱物資源を主なターゲットとし、化学分析・統計解析・数理モデリングなどの手法を用いて、自然界で何故そのような元素の異常濃集が生じるのかを明らかにしたいと考えています。資源が生まれるメカニズムの解明によって、有望な資源がどこにあるのかを理論的に絞り込むことができれば、広大な海洋に眠るフロンティア資源の効率的な探査につながります。また、地球表層における物質循環の観点から、気候変動問題に関する研究も行っています。特に、人類による化石燃料の燃焼のような、急激かつ大量の炭素放出に対して地球システムが元に戻ろうとする「負のフィードバック」の応答特性を定量的に理解したいと考え、過去の温室地球の痕跡を記録した深海堆積物の化学分析・データ解析や地球表層における元素循環のシミュレーションを行っています。「社会の持続的発展に必要な資源の確保」と「後世への豊かな地球環境の保全」という、人類が抱える2つの重要課題の解決に貢献したいと考え、なるべく俯瞰的な視座を意識しながら日々研究を進めています。