村田制作所的耐热活性陶瓷大幅削减燃料消耗——对Scope 1的挑战（前篇）

公司自身业务活动产生的温室气体（Scope 1）削减对制造业而言是一个重要且紧迫的课题。在力争实现碳中和的村田，通过应用了电子元件开发技术的抢先技术"耐热活性陶瓷"，成功地大幅削减了迄今为止难以削减的工厂废气处理所需的燃料消耗。

此次，我们就实现了下限为60%的燃料消耗削减率这一经济效益的挑战，对陶瓷电容器事业本部的安田先生以及技术与事业开发本部的佐藤先生进行了访谈。

关于耐热活性陶瓷开发中的课题及举措背景，技术与事业开发本部的佐藤先生作了如下说明。

佐藤：“在制造业中，工厂废气有时会含有名为VOC（挥发性有机化合物）的有害物质。由于VOC可能造成大气污染和健康损害，全球范围内的管制条例正在不断强化。
为此，为了对VOC进行无害化处理，人们使用了名为RTO（蓄热式废气处理装置）^※1的高温处理装置。但是，这种处理需要保持约850℃的高温，因此会消耗大量燃料。也就是说，虽然高温处理可以除掉VOC，但同时也伴随着GHG排放量增加和燃料成本的问题。我认为，耐热活性陶瓷商品化的关键就在于同时面对了应对VOC管制条例和削减GHG这两大课题。
此外，商品化的背景还在于，电子元件应用领域中使用的一部分材料在催化剂应用领域也得到了研究。利用公司内部传承下来的材料技术，我们得以向对村田而言崭新的‘催化剂’领域发起挑战。”

• ※1

  RTO（蓄热式废气处理装置）：用于将废气中的VOC等有害物质在高温下燃烧并进行无害化处理的装置。

安田：“村田迄今为止一直在环境和能源领域发力，致力于采取多种举措来削减GHG排放量。我本人也在这一领域从大约10年前开始作为催化剂事业负责人从事业务开发。起初是一个大约3人的团队，但在2021年于公司自营使用耐热活性陶瓷后，成功地发挥了远超预期的削减效果，如今团队成员已增至约30人，我们正加速致力于商品化工作。"

耐热活性陶瓷是一种通过与传统催化剂不同的结构和材料设计，力争在高温环境下也能维持性能的技术。其实现过程中存在着开发上的难点和精巧的构思。

佐藤：“现有的催化剂通常采用在基础材料的表面加上铂等贵金属纳米粒子的结构。但是，这种结构存在贵金属纳米粒子会在受热时因热而发生移动和凝聚，导致表面积减小、反应性下降的问题。而村田的催化剂与其说是加在基础材料上，不如说是将催化剂设计成与基础材料在原子级别混合的复合材料。
村田一直在电子元件的材料设计中通过置换晶体结构中的元素来控制电气特性。我们应用这一技术，通过将活性元素置换到基础材料的晶体结构中，实现了即使施加高温也能维持作为催化剂的特性。不使用贵金属的无贵金属设计没有价格波动的风险，采购成本稳定，我们认为这也是一大优点。
在迄今为止的开发过程中，困难之处在于技术与用途的匹配。此次正是因为RTO这种高温运行的废气处理系统，我们才得以很好地应用了我们的技术，但这项技术并非适用于全部催化反应。我们认为，正是为了GHG减排这一目标，在客户、大学教授等各方相关人士的协助下，反复进行材料开发和用途探索，才最终取得了这样的成果。”

安田：“实际上，开发初期我们是在小型处理装置上进行测试的。那是小规模的公司内部试验，装置大小为1台装置只能大概容纳1～2个蜂窝状催化剂。但是，我们觉得既然要做，还是用更大的处理装置为好，最终选择的是1台装置使用数百到2,000个左右蜂窝的RTO。
RTO本身作为一种相对节约能源的装置，已被许多工厂采用。但即便如此，每年的燃料费仍达数百万至数千万日元，不少工厂的公司自身温室气体排放量达到每年数百吨。
因此，‘如果能利用耐热活性陶瓷削减燃料消耗和GHG，我们非常想尝试一下’——我们收到了许多客户这样的反馈。特别是对能在高温下使用的关注度很高，还收到了‘不仅想在日本国内，而且想在海外工厂使用’的咨询。”

在后篇中，我们将就日本及中国的实证数据以及对未来的展望进行访谈。

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村田制作所的耐热活性陶瓷大幅削减燃料消耗——对Scope 1的挑战（后篇）