雷放電計測から数時間先の豪雨と数日先の台風発達を予測

都市部でのゲリラ豪雨や大規模な台風は甚大な災害を引き起こす。災害を防ぐためには発達度をいち早く予測することが重要である。本研究は、局所発達する雷雲や台風勢力圏内で発生する雷放電活動から、数時間先の豪雨や1-2日先の台風強度を直前予測する。

森林火災・大気汚染・雪氷・気候変動を繋ぐ北極域・雪氷圏を中心に活躍する大気環境科学の研究者

森林火災とその大気汚染（エアロゾル・PM2.5）、これらの発生要因分析と予測や、影響評価（気候、健康、経済など）に関する多角的な研究を観測からデータ解析・モデリングまで様々な研究手法で行っています。

環境負荷（CO2等）排出量を評価して環境に配慮した持続可能な養殖業を目指す

世界的に養殖生産量が急速に増加に伴い、養殖によって排出される環境負荷が懸念されている。環境負荷の排出量を評価する手法であるライフサイクルアセスメント（LCA）を用いて、陸上養殖施設のシステム全体で排出される環境負荷を評価した。

各種化学分析から海域，湖沼，河川の環境を評価します

水域の生物生産性，漁業生産性は光合成生物（基礎生産者）に支えられています。基礎生産過程の理解には栄養塩類など水中の化学成分の分析と、その結果の適切な解釈が必要です。現地調査，化学分析からデータ解析までを一貫して実施します。

プランクトンを通して、海の状態・変化を知る

海洋生態系において、プランクトンは、温暖化などの影響をいち早く受けるため、良い指標となります。極域や亜寒帯域を中心に、植物および動物プランクトンの種類や量を調べ、気候変動による影響の解明を目指しています。

植物を通して環境と土壌を考える

土壌からの養分（必須のみならず不要、有害元素も含めて）移動には植物and/or微生物の生物的な作用が重要です。また、環境変動は植物を通して土壌にも影響を与えています。この相互作用の解析を通して新たな栽培技術の創出を目指しています。

波長変換フィルムで農作物成長を促進

農作物成長促進に効果的な強発光性の希土類錯体（発光効率：世界トップ）を開発。その発光体を透明シートに塗った光波長変換フィルム（紫外光→可視光）の作製に成功。

北海道・北方圏の気候風土に適した建築・都市・地域のデザイン

風雪環境を改善することにより除雪エネルギーを最小化し、屋内建築エネルギーと一体化した都市空間像である「北方型スマートシティ」の形成に向けて、CFDを用いた積雪シミュレーションによる都市デザイン手法の研究を行っています。

稲わらなどの農業未利用残渣を利用形態に応じた燃料に変換し供給するシステム構築

燃料利用するのが困難であった稲わらなどの農業残渣を、保管・運搬・エネルギー利用に適した形態へ変換する“半炭化技術”の開発を行いました。燃焼時のクリンカ軽減およびPMの排出抑制に寄与します。

環境DNAから，魚類などの海洋生物の生息を把握し，生物多様性情報を得る

自然・人為により撹乱を受けた生態系をファシリテーションすることでエコフレンドリーな復元を図る

ファシリテーションとは、ある植物の定着が他種の侵入定着を促進する現象を指す。噴火・火災・津波・採掘等の大撹乱により壊滅的被害を被った生態系において、そのようなファシリテータを検出し導入することで迅速かつエコフレンドリーな生態系復元を図る。

地球温暖化の緩和に向けて

北アメリカ北極域では地球温暖化に伴う火災の大規模化が起きている。そのため火災後の生態系回復様式も変化し、新たな切り口での生態系復元機構の解明が急務である。更に、本研究で得た知見を応用し様々な大規模撹乱後の生態系復元手法の開発も必要である。

Fuel窒素の事前除去と高温ガス精製へのナノ微粒子の利用

地球環境に調和した炭素資源の高度利用法の原理確立は、次世代に向けて最重要な研究テーマの一つである。本研究では、ナノスケールの金属・金属酸化物微粒子を用い、炭素資源をクリーンエネルギーに効率よく変換できる触媒プロセスの開発を目指している。

高温熱処理不要な超高速電解成膜技術

結晶性酸化チタンは光触媒として実用的に重要な酸化物です。一般に高温での熱処理を必要とする結晶性二酸化チタン薄膜を，水溶液中の電解成膜法を用いてわずか数秒以内に各種金属基板上に製膜する技術を開発しました。

燃焼装置や燃焼ガス排気系統でしばしば音響振動が生じ、騒音の発生や燃焼措置の寿命低下を引き起こす。これは、燃焼装置や排気系統で生じる発熱変動と音響圧力変動が連動することより生じる。本研究は、この物理過程の解析とその抑制技術の検討を行っている。

リチウムイオン電池はそのエネルギー密度の高さから利用が急激に拡大している。一方で電池内部に有機溶媒を使用していることから火災安全性の確保が重要である。本研究は有機溶媒の燃焼現象に焦点をあててその燃焼抑制技術に関する研究を行っている。

燃焼現象は局所的な温度上昇を伴うことから周辺に常に自然対流が生じる。このことが現象を複雑化し、その基本的理解を難しくしている。本研究では微小重力環境を活用することで、自然対流を取り除き燃焼現象を基本的立場から理解しようとするものである。

電解精製でナトリウム資源の循環を

大型の二次電池で主に産業用として用いられているナトリウムー硫黄二次電池があります。本研究ではこの電池の使用済みの状態のものから、電池内部に含まれる金属ナトリウムを回収して、これを電解精製し高純度ナトリウムを製造するプロセスを開発しています。

高さ方向には原子分解能を有する光学顕微鏡の開発とそれを用いた氷結晶表面のその場観察

株式会社オリンパスエンジニアリングと共同で、高さ方向には原子分解能を有する光学顕微鏡を開発した。現在それを用いて、氷結晶が成長・昇華・融解する機構を、分子レベルで明らかにしようとしている。

高分子担体を反応場とする金属錯体触媒の設計と効率的合成プロセスの開発

高分子担持金属触媒の創製に有効なポリスチレン架橋ビスホスフィン配位子を開発しました。高分子トポロジーの効果により、金属錯体の不均化や金属凝集による触媒の不活性化を抑制することができます。第一遷移系列金属触媒の配位子として特に有効です。

中～遠赤外線を操る材料・デバイスの開発

中～遠赤外線の波長以下のパターンを持つヒーターや回折格子を作るとこれら電磁波を制御するデバイスを作れることが期待されます。我々は金属炭化物や酸化物の薄膜・積層・微細構造の作製法の開発と素子特性を研究しています。

バクテリアを用いることにより低分子バイオマスから
　　ボトムアップでナノフィブリル化セルロースを生産する

我々は、新奇なセルロース合成酢酸菌を取得し、糖蜜を原料としたナノフィブリル化バクテリアセルロース（NFBC: Fibnano®）の大量生産に成功しました。NFBCは流動性、混和性、成型性に優れており、幅広い分野での利用が可能です。

セメント硬化体微細組織の可視化

コンクリート内部の微細組織に対して、数ミクロンの精度でその幾何学的空間情報を取得できるCT法、および関心領域の水和物や変質を調べる回折法を連成させる新しい測定手法「非破壊CT－XRD連成法」を開発して、革新的セメント系硬化体材料を開発する。

太陽光発電や風力発電の出力変動をリアルタイムに把握しその変動を抑制

負荷電力(A)と再生可能エネルギー発電出力(B)とが混ざった電力潮流情報から，(A)と(B)を抽出する手法を開発しました。また(B)は天候に依存して大きく変動しますが，蓄電池を使って変動を抑制する制御手法と蓄電池容量評価手法を開発しました。

電池内マイクロナノ凍結現象の解明

普通では観察することのできない燃料電池内の反応層近傍凍結現象を、超低温型電子顕微鏡を用いて可視化しています。さらに電気化学測定を組み合わせ、寒冷地利用で問題となる生成水凍結現象の解明と耐氷点下起動性に優れた電池の開発を行っています。

地域循環によるバイオエネルギー普及を目指して

循環計画システム研究室では、生ごみ、下水汚泥、家畜ふん尿、林地残材や稲わら等のバイオマスを地域内で利用し、地域分散型のバイオエネルギーを創り出すための、技術と社会の仕組み作り（社会技術システム）に関する研究をしています。

排水を活用する次世代バイオマス生産と植物工場への共生細菌の利用可能性

北海道大学植物園のウキクサ亜科植物から全く新しい成長促進細菌P23を発見した。P23は植物の表面スイッチを押すことでその生育を促進する。ウキクサは排水を肥料として生育する高付加価値バイオマスであり、P23との共生によってその生産速度が約2倍

環北極海全域の海洋生態系の統合的理解

日本、米国、ノルウェーで進行中の環北極海域（北極海および隣接する周辺の亜寒帯海域）の既存研究課題の個別研究成果を発表する国際ワークショップを開催し、共通点や差異を整理しながら各海域における成果の統合的な理解を目指している。

温暖化するグリーンランドの沿岸環境

北極域に位置するグリーンランドでは、氷河氷床の質量が近年急速に減少しています。わたしたちは、氷河氷床と海洋が接するグリーンランド沿岸の環境変化に着目して、現地調査や人工衛星データを用いた研究を行っています。

“利用しつつ守る”順応的鳥獣管理システムの実践研究

地域社会と野生動物の軋轢（農業被害や外来種問題など）を軽減するため、住民参加・住民主体の調査・対策を企画・実施し、ボトムアップ型の政策支援を行っています。近年はシベリア先住民の暮らしを守る野生動物保護区の設定にも携わっています。

永久凍土融解に伴う地表沈降の検出

人工衛星「だいち」に搭載の合成開口レーダー(SAR)で得られるデータから、地表変形の画像を検出できる。従来は地震や火山活動に伴う地表の変位が主なターゲットだったが、地震火山とは無縁の北極圏の永久凍土地帯でも局所的な地盤変動が検出され始めた。

カイアシ類のGFPとルシフェラーゼ

海洋生物の中には生物発光をする様々な生き物が居ます。プランクトンの中で最優占するカイアシ類から、蛍光タンパク質（green fluorescent protein: GFP）と分泌型ルシフェラーゼ（発光酵素）を同定しました。