为什么必须除去氨？
说起普鲁士蓝，就是“安全地带”。为不认识的一代说明一下，“安全地带”是玉置浩二担任主唱的乐队的名字，有一首名为《普鲁士蓝的肖像》的热门歌曲。也许《葡萄酒红的心》更有名，但不仅是红，蓝色也卖得很好。
要说为什么这么说，那就是发现普鲁士蓝是“高性能氨吸附材料”。原来如此，氨是恶臭的原因。对身体也不好，如果能吸附它的话，感觉会成为相当安全的地带。
但是，即使听到“特定的颜色会吸附某种物质”，也不知道在说什么。最先浮现在我脑海中的疑问就是这个。
“普通的蓝色、天蓝色、蓝巴克斯的封面不行吗？”
蓝色这个颜色给人一种干净的印象。这么说来，只要放在厕所里就可以的芳香洗涤剂也是“蓝色”的。这样想的话，我觉得吸附氨也不奇怪吧。
但是，发现其功能的不仅仅是蓝色，而是普鲁士蓝。为什么其他的蓝色不行呢？
抱着这样朴素的疑问，探险队前往产业技术综合研究所，询问了纳米材料研究部门的高桥显和川本彻。
“这就是叫做普鲁士蓝的蓝色颜料。18世纪初被发现，葛饰北斋和梵高也使用过。以前的蓝图的一部分也使用了普鲁士蓝的技术。现在作为颜料，一般都有市售。”
听了给我看样品的高桥先生的话，我意识到了自己的巨大误解。普鲁士蓝只是“颜色”的名字（实际上也有在这个意义上使用的），也是产生其特征颜色的“颜料”本身的名字。这里成为研究对象的是后者。
那么，其他的蓝色是不行的也是理所当然的。值得注意的不是“颜色”，而是作为具有形状和构造的“物质”的普鲁士蓝。那个普鲁士蓝为什么会吸附氨？这样的话往后推，问了为什么想吸附氨。
虽然知道能消除恶臭，但研究的目的实际上并不仅如此。在那个背景下，还存在着更大的问题。
这是“氮循环量的增加”。氨的化学式是“NH?”，N是氮。也就是说，氨是氮化合物。现在在地球上，由于氮循环量的增大，发生了各种各样的问题。
“随着人口的增加，食品的生产量也会增加，因此氮肥的使用量也会增加。在这50年间，其量大约是10倍。因此，在地球环境中循环的氨也在增加，这引起了很多问题。大气中有酸雨、全球变暖、海中有赤潮、青潮、蓝藻等。”这也是富营养化的原因”（高桥）
此外，氨被认为是PM2.5的主要产物。农业排出的氨与工业排出的氮氧化物和硫氧化物在空气中结合，成为铵盐（硝酸铵和硫酸铵等），其小粒子成为PM2.5。据说现在世界人口的95%以超过WHO基准值的PM2.5浓度生活着。
“调查了群马县采集的PM2.5的组成，也有报告说一半左右是铵盐。农作物和家畜等的食品生产越增加，PM2.5带来的健康风险越高。在美国，比起食品出口获得的利益，PM2.5带来的健康风险更大。”“（高桥）
群马县采集的PM2.5的组成
欧盟认为减少PM2.5最有效的手段是“减少氨”，因此提出了2030年以后将大气中的氨减少19%（与2005年相比）的目标。在环境问题上，提到「减碳」，只想到碳（CO2），而减氮也是一个重要议题。
“除此之外，除氨技术的必要性也在提高。例如，在半导体工厂，铵盐会妨碍布线。
另外，正在实用化的氢燃料，氨的处理也是课题之一。分解后变成氢和氮的氨，本身就是能量载体。虽然氢本身很难储存，但是如果在氨的状态下移送之后在当地分解的话，可以制作氢。从这个意义上来说，氨也很有用，但是在制作的氢中作为杂质残留氨是很难去除的“（高桥）
当然，去除“恶臭”也是氨的一大课题。随着社会老龄化的发展，对于医院和看护设施等的臭味，想做点什么的需求也越来越高。
诚然，氨的增加确实是今天的问题。我也开始猛然想除氨了。
重要的是普鲁士蓝的“空穴”
但是，高桥等人的研究小组并不是从一开始就以除去氨为目标的。使用普鲁士蓝进行研究的最初目的居然是制作“调光玻璃”。
“现在，波音787上，一按按钮就会变暗或透明的窗户已经实用化了。那就是调光玻璃。我们在2008年，将普鲁士蓝作为纳米粒子化，改变调光玻璃颜色的材料使用。当时我还没有参加，现在的这是上司川本亲自动手的研究”（高桥）
使用普鲁士蓝的变色玻璃
即便如此，产生个性蓝色的颜料成为“颜色变化材料”也是不可思议的。颜色变化的话不是蓝色的吗！虽然这么想，但这是作为“物质”的普鲁士蓝的有趣之处。
“18世纪初发现的普鲁士蓝是铁和铁夹着CN（青色）粘在一起的。偶然发现了它，就可以制造出至今为止无法表现的深蓝色。
但是，这个物质如果把铁换成别的金属的话，颜色和性能会发生变化。例如换成铜的话，会变红。换成镍的话会变成黄色，钴的话会变成粉色，锌的话会变成白色”（高桥）
普鲁士蓝类物质
各种色彩的普鲁士蓝物质
这样把铁换成别的金属的东西叫做“普鲁士蓝类似物”，仅此就能制作出几乎所有的颜色。因此，也可以成为调光玻璃的颜色变化材料。只要结构是普鲁士蓝类似物，即使颜色不是蓝色也会这样称呼。
那么，高桥等人的研究小组在调光玻璃之后着手的是“铯离子吸附材料”的研究。起因是2011年东日本大地震中发生的福岛核电站事故，放射性铯的去除成为了课题。以前就知道普鲁士蓝吸附铯离子。但是，不知道为什么铯被选择性地吸附。
从普鲁士蓝的分子结构来看，到处都有被称为“空隙位点”的空洞。可以认为“网站”是“场所”的意思吧。总之就是有很多“洞”。在置换金属而改变颜色时，金属离子被导入该孔也是重要的。
普鲁士蓝类物质的晶体结构
铯也通过进入孔而被吸附，但不知道其结构。因此高桥等人通过结构解析等阐明原理，与企业合作开发了无机珠、着色棉布、无纺布等多种形态的铯吸附材料。
“在进行铯吸附材料研究的过程中，发现普鲁士蓝的结晶结构中有很多吸附水的空隙部位。之所以想到氨，是因为从那以后。实际上，水和氨有着很相似的性质。所以，与水粘在一起的普鲁士蓝氨也会粘在一起吧。
日本很多化肥都依赖进口。我想如果能吸附氨回收，作为肥料再利用的话，是不是能稍微提高自给率。不过，这只是一个单纯的想法提出的研究，当初也没有进行成本计算，所以川本的废柴被弄得乱七八糟（笑）”（高桥）
故意制造「缺陷」提高吸附力！
但是，如果不仅可以除去氨，还可以回收再利用的话，那就是一石二鸟。对川本先生的废柴也不气馁推进了研究的高桥先生，用纳米（10亿分之一米）的次序观察了普鲁士蓝的构造。于是，发现有一个0.5纳米左右宽的洞。氨的分子大小为0.26纳米，因此可以进入该孔。也就是说，可以吸附氨。
吸收氨的原理
“说到吸附材料，一般来说活性炭是很有名的。活性炭之所以优秀，是因为有各种大小的孔。从小到大的孔都有，所以可以吸附各种各样的分子。
另一方面，普鲁士蓝的孔的大小是均匀的，所以能吸附的东西的尺寸也有限。所以，如果想吸附各种各样的物质，活性炭是有效的，但是如果想把目标集中在氨上选择性地吸附的话，普鲁士蓝更有效。活性炭对氨的吸附力不太高”（高桥）
另外，因为活性炭是由椰子的果实和木片等天然原料制作的，所以不一定总是能做出同样的东西。如果孔的打开方法不同，吸附多少也会发生变化。与此相对，普鲁士蓝是人工合成物，因此再现性高。而且，通过对分子结构进行加工，也可以提高吸附力。实际上找到了那个方法，是这个研究中的一大突破。
“不仅是原本存在的空隙部位，还特意制作了一部分欠缺的‘缺陷部位’，在那里也能吸附氨。因为在缺陷部位，从铁离子出来的‘手’会空出来，所以氨分子会粘在那里。”（高桥）
顺便说一下，关于吸附的能力，不仅仅是蓝色，“哪个颜色都可以吸”。
“使用红色的铜蓝类似物进行的实验中，发现吸附的分子数量也随着缺陷率的增加而增加”（高桥）
那么，那个能力是多少呢。下面的图表显示了那个。
右边的2个是市售的氨吸附材料，左边的3个是普鲁士蓝及其类似物。从市面上贩卖的氨吸附材料来看，正如高桥所说，活性炭是最低的。离子交换树脂比它高很多，但中间的普鲁士蓝（PB）更优秀。
此外，将铁交换成铜的类似物（从左起第2个）和交换成钴的类似物（最左）具有接近离子交换树脂10倍的吸附力。比起普鲁士蓝，类似物的吸附力更高，是因为像这样优化结构的“改良版”。这里有可以人工改变分子结构的普鲁士蓝的优势。
氨气吸附能力对比
但是，光看这个数据是无法切身感受到普鲁士蓝的威力的。因此，高桥先生为外行的我使用的尺度是“东京巨蛋”。嗯嗯，什么事都被说成“几个东京巨蛋”的话就容易理解了。
“比如，现在我们所在的这个房间的空气中也含有10ppb左右的氨。因为会出汗。即使是那么低的浓度，普鲁士蓝也能吸附氨。如果有一升瓶左右的普鲁士蓝的话，可以从东京巨蛋一杯的空气中提取氨。”可以去除并净化“
哦，它很强大。打心底里接受了。作为氨吸附材料，普鲁士蓝很明显是优秀的。
空气中的“无用物”可以施肥！
但是，优秀的不仅仅是吸附力。能够取出吸附的氨作为资源再生也是普鲁士蓝的优点。
“再生的方法有两种。一种是加热。用热把氨放飞的话，缺陷部位的手又会空，所以可以吸附。在实验中，即使反复进行4次氨的吸附和加热，吸附力也不会劣化。另一种方法是稀酸清洗。用稀硫酸洗的话氨会脱离。”即使重复10次吸附和清洗，吸附力也不会下降。如果可以重复使用，成本就会降低。而且，脱离的氨是可以回收的，所以可以再次用于肥料等“（高桥）
也就是说，在东京巨蛋（不，哪里都可以）使用从免费空气中收集的氨，可以制作化学肥料。
当初对高桥的想法提出异议的川本先生，现在也高度评价了这一点。
“至今为止经历过曲折（笑）我认为，如果能成为一个好的事业，就会成为一个极其新的概念。虽然有将工厂废液和城市矿山等液体和固体垃圾作为资源利用的故事，但据我所知，没有听说过将空气中不需要的东西收集起来资源化。如果任何空气中都有的肉眼看不见的东西突然变成肥料的话，那真的很有趣呢”（川本）
呀，太好了太好了。虽然还没有成为“像样的事业”，但面向实用化的研究进展顺利。因为是“企业秘密”，所以没能详细地告诉我，但是通过应用放射性铯吸附材料的研究培育的成型技术，制作了冷冻干燥、无纺布的担载体（像固定物质的基础一样的东西）等。
使铜类似物干燥而成粒状和将普鲁士蓝固定在无纺布上
“如果是冷冻干燥的颗粒的话，可以放在厕所和冰箱里使用，如果是无纺布的话，也可以织进运动服中去除汗液中的氨。可以用作护理设施的窗帘和寝具。”（川本）
现在，畜舍的恶臭对策项目也在实施中。＊把猪舍和堆肥化设施的空气吸出外面，氨用普鲁士蓝除去后，返回室内。除去的氨通过加热和清洗回收。
但是这个项目并不是只为了人类而做的。
“人们可能会认为猪舍很脏是理所当然的，但本来猪就是喜欢干净又敏感的生物。所以猪舍的恶臭也会危害猪自身的健康。最近，人们要求饲养环境中的氨浓度与人类的劳动环境相同（25ppm以下）。”
为即将到来的“低氮社会”做准备
随着时代的改变，氨的对策也会改变。如上所述，因为也有半导体工厂和氢燃料等的需求，所以等待早日实用化。无论是哪一个，日本都很有可能在整个社会像欧盟一样设定氨削减目标。“低碳社会”之后是“低氮社会”。
“一边对高桥提出各种各样的抱怨（笑）最终在这项研究上打出了签名，也是因为在不久的将来，我确信‘碳的下一个是氮’会成为社会性的课题。虽然在日本氮循环的问题还没有明显化，但再过几年，一定会浮出水面。那个时候“我们已经有了这项技术”（川本）
真是“走在时代的前半步”的研究。好像埋伏着世界追上自己的研究，真的觉得很帅。普鲁士蓝带来低氮社会这一“安全地带”的日子并不遥远。
有点遗憾的是，给我看的冷冻干燥的颗粒是茶色的。虽说作为“物质”的构造再怎么重要，但是“普鲁士蓝”这个颜色给人的印象很好，所以在商品化的时候不能染成蓝色吧——等等，高桥先生也说了多余的话，“确实外观很重要”。
“比如魔芋，原本是用灰汁做的，所以变成了灰色，但是现在不使用灰汁，所以会变成白色的魔芋。但是这样的话就不像魔芋了，所以故意把羊栖菜的碎片等放进去做成灰色。普鲁士蓝也不会因为着色而改变吸附力。”“（高桥）
最后不知道是采访还是企划会议。通过“安全地带”的联系，准备“普鲁士蓝”和“葡萄酒红”两种颜色可能会很开心。
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