ある半導体メーカーの顧客が、極めて重要な用途向けにパーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（PFAS）を含まないシールを求めてきた際、グリーン・トゥイード（GT）の優秀な科学者、エンジニア、技術者からなるチームが即座に行動を起こしました。彼らは、顧客の極めて厳しい清浄度と性能の要件を満たす、カスタマイズされた次世代のPFASフリーエラストマーを開発し、この用途において従来のFKMを上回る可能性を秘めています。 もともと半導体製造向けに設計されたこれらのPFASフリーのシールソリューションは、同様の持続可能性と性能の目標に直面している多くの産業にとって有望なものです。水素の圧縮は、材料を限界まで追い込みます。その低分子量のため、遠心圧縮機は、従来の金属製インペラーが耐えられる範囲を超える極限の速度で稼働する必要があります。 この課題を克服するため、スイスのGreene Tweedチームは、688 m/sという記録的な先端速度を達成可能な複合材製クローズドインペラーを開発しました。これは、破裂する前に通常最大360 m/s（クローズド設計）または500 m/s（オープン設計）で動作する従来の金属製インペラーの限界をほぼ2倍に引き上げるものです。    

この功績を称え、グリーン・トゥイード（GT）は、イノベーションとコラボレーションの限界を押し広げるための卓越した取り組みにスポットライトを当て、表彰する当社の権威ある「イノベーション賞」を、この開発に携わった3名のチームに授与しました。 サミュエル・スタッツ、テクノロジー・マネージャー； セバスチャン・コーラー、シニアサイエンティスト；および リオネル・ジェルマニエ、エンジニアII。 

特別イベントの直後、構造・エンジニアリング部品部門のゼネラルマネージャーである ジョージ・ラワ がスイス・イヴェルドン＝レ＝バンにある当社拠点で受賞者に賞を授与した直後、私たちは受賞チームと対談し、複合材製インペラーの詳細や、それが大規模なクリーンエネルギーインフラの拡大に与える影響について話を伺いました。  

 1. まずは、今回の受賞理由についてお伺いします。PEEK複合材製のインペラーと、それがクリーンエネルギー業界に与えた影響について、詳しくお聞かせいただけますか？   

サミュエル・シュトゥッツ：世界的に、大気中のCO2濃度の増加を抑制するため、産業プロセスや輸送の脱炭素化に向けた動きが活発化しています。 例えば、ガラス、タイル、レンガ、コンクリート、鉄鋼などを製造する企業は、いずれも高温の炎に依存しており、現在その燃料として天然ガスが使用されています。水素ガスは、こうした連続プロセスにおける代替燃料として有望視されています。そのため、多くの地域で水素パイプラインへの巨額の投資が計画されています。しかし、これには多くの重大な技術的課題が伴うことが判明しています。 

この革新技術によって我々が解決した課題の一つは、遠心圧縮機における水素の連続圧縮です。実際、水素は最も軽い分子であるため、インペラが効率的に機能するには、信じられないほど高い回転速度（実際の先端速度）が必要となります。現在の金属製インペラは、空気中での音速程度までの先端速度で回転可能ですが、水素の場合はその2倍を超える速度が必要となります。 遠心力により、金属製のインペラは、その速度に達するはるか以前に破壊されてしまいます。こうした極限の条件を実現できるのは、複合材料が持つ並外れた強度と軽量性があるからこそなのです。  

セバスチャン・コーラー：インペラー用途において、複合材料の高い強度対重量比を活用するという考え方は決して新しいものではありませんが、実際に期待に応える部品を製造することは、その加工プロセスが複雑であるため、はるかに困難です。 当社のチームが持つ熱可塑性複合材料の加工に関する深い知識と創意工夫により、このような極めて複雑な形状の用途において、これらの材料の可能性を引き出すことに成功しました。  

2. この賞の受賞につながった、インペラー開発の経緯についてお聞かせいただけますか？   

ライオネル・ジャーマニエ：これは短期間で済むような、あるいは単純明快なプロジェクトではありませんでした。何度も試行錯誤を重ね、クーポンテストを実施し、プロセス改善も数回にわたって行わなければなりませんでした。 私は2020年にグリーン・トゥイードに入社して以来、このプロジェクトに携わってきました。そのため、スイスチームが600m/sという先端速度の目標を上回るために注いだすべての努力が、このように評価されたことは、本当にやりがいを感じます。 

当初は別の設計アプローチを採用しましたが、結果は期待したほど良くありませんでした。そこで、繊維の配置を見直し、試験中にインペラが受ける高い応力下でも性能を発揮できる適切な構造を模索する必要がありました。 

試験機内での部品の組み付けも非常に重要です。高速回転下ではあらゆるものが膨張するため、インペラを回転中心に正確に位置合わせしておく必要があります。そうしないと、不均衡が生じ、部品に余分な応力がかかったり、振動が発生したりする恐れがあります。私たちは、この複雑な荷重条件下において、さまざまな構造がどのような影響を与えるかについて、ブレインストーミングやシミュレーションに多くの時間を費やしました。   

3. その影響について、どのように説明しますか？   

セバスチャン： この革新は、水素が直接消費されるにせよ、あるいは他のエネルギー源からのエネルギーを貯蔵・輸送する手段として利用されるにせよ、将来の水素経済を実現するための重要な一歩となります。 いずれにせよ、再生可能エネルギーを支えるために、膨大な量の水素ガスが生成され、輸送されることになるでしょう。  

これほどの大規模なガス処理量を実現するには、経済性を確保するために遠心圧縮機の使用が不可欠であり、また、これらの遠心圧縮機が純水素ガスを圧縮するためには、より高速で回転するインペラが必要となります。 このインペラがなければ、水素を圧縮するためにはより重いガスと混合する必要があり、使用前に再びガスを分離しなければならなくなるため、コストが大幅に増大し、処理も複雑化することになります。 

さらに、遠心式コンプレッサーは、メタン、超臨界二酸化炭素、あるいはアンモニアの圧縮など、その他の特定の既存用途においても、現在、インペラの材料上の制約によって制限を受けています。 複合材料製のインペラは、各段の圧縮比を高めることで、こうした用途においても有効であり、段数を減らした、より小型で安価な機械の設計を可能にする。   

4. このインペラの軌道をどのように想定していますか？  

セバスチャン： このような用途において、当社の複合材料の挙動をより正確に予測するためには、まだ多くの課題が残されています。 従来の数値モデルは、荷重が部品の平面内に収まる、制御の行き届いた荷重条件における強度および損傷予測に常に依存してきました。 今回のケースでは、平面外への大きな荷重や多方向からの荷重に対処する必要があり、これに対応するためには、新しいモデルの開発と、有用で高品質なデータを用いてこの取り組みを裏付けるための多くの実験的検証が求められます。   

この開発により、インペラプロジェクトにおける顧客サポートの迅速化が図られ、有限要素解析（FEA）に要する時間を10分の1に短縮し、性能の予測精度を向上させることができます。 これは刺激的であると同時に困難な課題でもありますが、スイスの大学と提携し、この研究に対してスイス政府から多額の助成金を得ることができたことを大変嬉しく思います。   

 5. この経験から得た最も重要な教訓や気づきは何でしたか？   

ライオネル：たとえ理論上は不可能に見えたり、これまで誰もやったことがなかったとしても、好奇心を持って挑戦してみてください。そうすれば、必ず別のプロジェクトに応用できる何かを学ぶことができるはずです。 もちろん、この経験は私の成長にもつながりました。グリーン・トゥイードに入社した当初、私は複合材料に関する経験がほとんどありませんでした。このプロジェクトと共に成長できたことは、本当にやりがいのあることでした。  

 6.イノベーションのプロセスを支援・育成する上で役割を果たした、その他の協力者やリーダーについて、その貢献を称えたいと思いますか？ 

サミュエル：この革新的な成果は、日々「革新」と「最適化」を念頭に置いて取り組んでいる、卓越したチームのおかげです。 また、成形を担当したネナド・スレジッチ（生産監督）とミコ・コヴチッチ（技術者）、そしてこれらの部品の機械加工を担当したギヨーム・エビー（上級技術者）とジェレミー・フルティグ（見習い）にも感謝したいと思います。このプロジェクトは大規模かつ長期にわたるものです。長年にわたる会社の支援と信頼こそが、これを可能にしたのは明らかであり、それは革新の文化が息づいていることの素晴らしい証です。

セバスチャン：これは まさにチーム一丸となった取り組みでした。グリーン・トゥイードのアドバンスト・テクノロジー・グループ内にあり、構造・エンジニアリング部品（SEC）事業部門の支援に特化したこのユニットの垂直統合と機動性が、この素晴らしい成果を達成する上で鍵となりました。 また、SEC事業部門とその経営陣が示した勇気も過小評価すべきではありません。彼らはこの開発を「大きな賭け」と認識し、5年以上にわたり技術開発（TD）プロジェクトとして内部資金を投入したおかげで、顧客からの商業的な参画を確実にする成果を達成することができました。

7.革新者を目指す人へのアドバイスはありますか？     

サミュエル： 実現が難しそうだと思えるアイデアがあり、その苦労に見合うだけの成果が得られるかどうか確信が持てない場合でも、 諦めずに、 もっと大きな視野で考えてみてください。 「このアイデアを、単なる『良いアイデア』から、誰もが欲しがる『素晴らしいアイデア』に変えるには、何が必要か」と自問してみてください。 チームの力を活用し、考えを共有して議論を重ね、良いアイデアを生み出し、それをさらに素晴らしいものにしましょう！