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不思議に魅せられ、光触媒の多彩な可能性を追求 葉金花さん【海を越えてきた研究者たち】

2023.03.08

光触媒研究のトップランナーとして活躍する葉金花さん(左から2番目)。中国やインドネシアからの留学生とともに
光触媒研究のトップランナーとして活躍する葉金花さん(左から2番目)。中国やインドネシアからの留学生とともに

 特集「海を越えてきた研究者たち」の最終回は、物質・材料研究機構(NIMS)国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の主任研究者で、光触媒材料グループリーダーとして最先端で光触媒の多彩な可能性を追求する葉金花さんを紹介する。文化大革命後の中国から、バブル景気に沸く昭和末期に日本へ渡り、平成、令和と研究者としてのキャリアを積み重ねてきた。子どもの頃から不思議に魅せられた少女は、両国の価値観や体制の違いを生かしながら、現在もしなやかに不思議の究明にまい進する。

進路選択、「絶対に理系がいい」と勧められる

 葉さんの出身地は中国・浙江省の麗水市。少女時代はサイエンス・フィクション(SF)が非常に好きだったという。当時の中国は文化大革命のさなかだったが、「中国人のSF作家の作品はありましたし、外国の作品でも政治に関係ない本は読むことができて、ギリシア神話も好きでした。不思議な話が好きだったんですね」とのことだ。

 数学や物理が得意だったという葉さんは、迷うことなく進路として理系を選択。近現代の中国は何度も政治体制が変わってきたので、体制の変化に強い理系を選ぶのは、両親にとっても歓迎すべきことだったのだ。「中国の場合は『女性だから文系』というような先入観が全くないんです。高校の先生にも『絶対に理系がいい』と勧められました」と葉さん。

 16歳の若さで名門・浙江大学(杭州市)に進学。在学中に文化大革命は終焉を迎え、中国政府は改革開放路線へと大きくカジを切った。そして1984年、大学を卒業した21歳の葉さんは政府派遣の国費留学生に応募。選抜試験に合格し、日本へ来ることになった。

葉さんは中国南東部の浙江省麗水市の出身。来日前には故郷から2000キロメートル近く離れた長春市で、7カ月ほど日本語を集中的に勉強した。右は初めて日本(成田空港)に入国した時の葉さん(葉さん提供)
葉さんは中国南東部の浙江省麗水市の出身。来日前には故郷から2000キロメートル近く離れた長春市で、7カ月ほど日本語を集中的に勉強した。右は初めて日本(成田空港)に入国した時の葉さん(葉さん提供)

仕事をしながら子育てするのは当たり前

 中国政府のチャーター機で日本へ渡った葉さんは東京大学の大学院に進学。中国からの留学生はまだ珍しい時代で、指導教官からは非常に大切に扱われたという。「すべてが新鮮で、とても楽しかったです」と葉さんは当時を懐かしむ。

 博士課程を修了したのは1990年。帰国して研究に携わるつもりだったが、前の年に天安門事件が勃発したため、葉さんはもう少し様子を見ようと日本残留を決めた。大阪大学で2年ほど働いた後、JSTの前身である新技術事業団の特別研究員となり、NIMSの前身の金属材料技術研究所(茨城県つくば市)で研究を続けた。

 金材研に移った2年後には出産を経験。この頃の日本は女性の研究者が極めて少なく、育児休業などの制度も整っていなかった。研究と育児の両立は大変だったが、仕事をしながら子育てするのが当たり前の中国で育ったこともあり、仕事を中断することは全く考えなかった。ひたすら、どうして困難を乗り越えるか、その方法を探していたという。「NIMSから歩いて行ける場所にある保育園を探して、その近くに住むようにしました。ただ出張のときはどうしようもなくて、園長先生に預かってもらったこともありました」と葉さんは振り返る。

子どもに絵本を読む葉さん(葉さん提供)
子どもに絵本を読む葉さん(葉さん提供)

 それから30年近い歳月が過ぎ、出産・育児をする研究者は増え、環境もかなり改善されたそうだ。「NIMSでは育休の際に代わりの人を雇い、あらかじめ作成した計画に沿って研究を進めてもらえるという制度ができています」と葉さん。育児中の研究者が安心して休めるだけでなく、代わりに入った研究者のキャリアアップにもなる、一石二鳥の制度と言えるだろう。

水から水素を直接作れる光触媒に挑む

 超伝導について研究していた葉さんが光触媒の研究を始めたのは1997年からのこと。東大の研究室の後輩がNIMSの近隣にある産業技術総合研究所に赴任したのがきっかけだった。

 光触媒とは光を照射することで触媒として化学反応を促進する物質の総称で、1970年代以降の日本で実用化に向けた技術が急速に進展した。藤嶋昭・東京理科大学栄誉教授や橋本和仁・科学技術振興機構理事長らの功績が大きい。塗料として用いて細菌や有害物質を除去するという使い道が現在は一般的だが、他にもさまざまな活用法が模索されている。

 とりわけ葉さんが魅力を感じたのが、水から水素を直接作れることだった。当時から研究者の間では水素エネルギーの重要性が認知されており、その手段として光触媒技術のポテンシャルが注目されていた。しかし、どんな光触媒を開発すれば効率的に水素を入手できるかについては、誰もわかっていなかった。ゆえに、葉さんはこの問題に挑むことにした。

メタンからエタンへの高効率な変換を可能に

 研究は順調で、次々と成果が出た。「JSTの『さきがけ』に採択されたり文部科学省の産学官連携プロジェクトに選ばれたりして、どんどん研究が加速していきました。日本では外国人であっても年齢が若くても、研究結果が公平に評価され大きな研究費をいただくことができました。他の国にいたら同じ結果が得られたとは限りません」と葉さんは振り返る。

 葉さんは、太陽エネルギーをより効率的に利用するための新しい光触媒材料の開発や、付加価値のある新素材への転換、そしてそれらの応用分野において、世界トップの研究者として高く評価されている。有機汚染物質を効率的に分解する光触媒を発見したことや、二酸化炭素(CO2)を上回る温室効果ガスであるメタンからエタンへの高効率な変換を可能にした研究などで、画期的な成果をあげている。

 また、再生可能エネルギーの生成への光触媒作用の応用や、太陽光から化学エネルギーへの変換のための新しい材料の開発など、今後の地球環境の保全に直結する課題にも取り組んでいる。

光触媒を用いることで、メタン(CH4)を酸化させてエタン(C2H6)と水にすることができる(葉さん提供)
光触媒を用いることで、メタン(CH4)を酸化させてエタン(C2H6)と水にすることができる(葉さん提供)

中国との連携が進むも、風当たりは強く

 NIMSは国内の複数大学と連携していて、葉さんのラボでも、北海道大学の博士課程の学生がつくばに滞在し研究に励んでいる。また、2011年からは中国の天津大学との国際連携研究が進められ、大学連携の花が開き始めた。NIMSで働いていた天津大学出身の研究者が帰国したのをきっかけにプロジェクトが始動し、資金や設備は同大学が負担しNIMSから研究者を派遣するという「NIMS-天津大学連携研究センター」が天津大学構内に設置され、センター長には葉さんが就任した。

 ここでは環境やエネルギー問題の解決に貢献する機能性材料の共同開発を目指して研究が進められ、5年間という当初の契約は2016年に更新されたが、「2017年頃から中国と協力することへの風当たりが強くなってきました」と葉さん。そして2021年の契約満了をもってプロジェクトは終了した。

 このように目まぐるしく変わる日中関係は、いつも葉さんの悩みの種だ。両国の関係は研究にとって追い風にもなれば、立ちはだかる壁にもなる。「両方の立場がある程度わかるので、やきもきすることもあります」と葉さんは心中を語る。

日本の公平な評価はチャンス、行き過ぎた平等主義には懸念

 葉さんが来日した頃の日本は好景気の真っただ中で、科学技術でも世界のトップクラスを走っていた。ところが、それから数十年の間に中国が劇的な発展を遂げ、両国の研究力はほとんどの分野で逆転した。日本育ちの技術として知られる光触媒も例外ではない。

Top1%補正論文数(引用された回数が各年各分野で上位1%に入った論文を抽出しデータを補正した論文数)の上位の変遷。20年間で中国が大幅に順位を上げたのに対し、日本は順位を下げた(NISTEP「科学技術指標2022統計集」より編集部作成)
Top1%補正論文数(引用された回数が各年各分野で上位1%に入った論文を抽出しデータを補正した論文数)の上位の変遷。20年間で中国が大幅に順位を上げたのに対し、日本は順位を下げた(NISTEP「科学技術指標2022統計集」より編集部作成)

 2008年あたりから、引用される論文数はほとんどの分野で中国が日本を上回るようになった。その理由のひとつとして葉さんは「中国は国からもらえる予算が桁違いです」という。また、国民性の違いも研究力の差に影響している可能性があると葉さんは指摘する。「中国は米国のような実績主義が強くて、頑張った人が頑張っただけ利益を得られるようになっています。逆に、日本は結果を公平に判断してくれるのはいいんですが、それを評価して優秀な研究者を育てるという点では、平等主義が行き過ぎているかもしれません」

 つまり、日本では研究成果が公平に評価され、能力があれば若手や外国出身者にも機会が平等に与えられるチャンスがある。しかしそれとは裏腹に、行き過ぎた平等主義が若手のモチベーションを奪っているのかもしれないという懸念があるのだ。

 では、この現状を打破するにはどうすれば良いのだろう。「日本の中に引きこもるのではなく、若いうちから積極的に世界の先端に触れてほしいと思います。そうして多様な発想や考え方が日本に入ってくることが、起爆剤になるかもしれません」と葉さんは語る。

 「最終的には、屋外で太陽光を照射するだけで水素やメタノールが出てくるような装置を作りたいと思っています」と、不思議を探求する情熱は今も健在だ。若手研究者の明るい将来を願いながら、葉さんはこれからもひたむきに研究を続けていく。

循環型光触媒反応装置の前で
循環型光触媒反応装置の前で
葉金花

葉金花
物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 主任研究者 光触媒材料グループリーダー
浙江大学卒業。東京大学大学院博士課程修了。理学博士。大阪大学教務職員、金属材料技術研究所特別研究員、物質・材料研究機構エコマテリアル研究センター主幹研究員などを経て、2016年より現職。北海道大学-NIMS連携大学院先端機能化学分野教授を兼任。

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