海洋のレアメタル・海洋エネルギー資源の利用に向けた基礎研究

【はじめに】
人類が持続的成長を達成する上で、十分な資源量の確保とその持続的な開発・利用を達成する必要があることは論を待たない。特に陸上資源に乏しい日本にとっては、海底資源の賦与量の正確な把握とその持続可能な利用が重要な課題である。特に海洋資源を探査・開発するには、探査・開発そのものに多額なコストがかかるため、最小限の労力で十分な利用を可能にする必要がある。金属資源やメタンハイドレートなどのレアメタル資源や海洋エネルギー資源の形成機構や濃集機構を明確にし、それに基づいた資源ポテンシャルの予測を行うことが重要である。

理学系研究科地球惑星科学専攻には、海底金属資源として重要なマンガン鉱床および熱水鉱床、炭素エネルギー資源として重要なメタンハイドレートなど、現在有望視されているいずれの海洋金属・エネルギー資源をも専門にしている研究者を揃えており、関連プロジェクトを進めてきた（内閣府総合科学技術・イノベーション会議戦略的イノベーション創造プログラム「次世代海洋資源調査技術」（海のジパング計画；2014～2018年度）および>経済産業省エネルギー資源庁「表層型メタンハイドレートの資源量把握に向けた調査」（2013～2015年度））。

特にこれまでの実績として、
・レアメタル等の金属濃集プロセスの解明に基づく資源量の推定
・地球微生物学的手法による堆積物中の微生物メタンサイクルの特定
・各種同位体を用いたメタンハイドレートの資源量評価
・微生物やDNAなどを利用した資源回収法の開発
などで成果を挙げている。本研究拠点では、これらをベースに、海洋のレアメタル資源や海洋エネルギー資源の持続的な利用に向けた基礎研究を進める。

【研究目的・内容・特色】
本研究拠点では、海底掘削コアの解析とレアメタル資源や海洋エネルギー資源の形成機構の科学的解明に基づいて、確度の高い資源存在量を推定することに貢献する。また化学的・微生物学的手法を駆使して、これら資源物質から効率的にレアメタルなどを取り出す手法の開発を進める。さらに、これら資源開発が海洋環境に与える影響を地球微生物学的手法を駆使して解明する。具体的には、以下の2つのテーマを重点的に進める。

テーマ1： 資源形成機構と存在量評価に関する基礎研究

(1) 新規分析法による成因論の精緻化： 超高感度なX線吸収微細構造スペクトルの分析法を開発し、海底マンガン団塊・クラストに適用することで、白金などのレアメタルの濃集過程を解明し、海底マンガン団塊・クラストの形成環境に応じたレアメタル濃度の推定を可能にする。
(2) 地質モデル構築と資源量評価： 熱水鉱床やメタンハイドレート生成に伴って形成する炭酸塩沈殿物の炭酸凝集同位体を分析する手法を開発し温度条件を復元することで、日本海で掘削されたコアデータを精査や資源量評価を進めると共に、現実的なガス採集方法の提案を行う。

テーマ2： 資源量評価と持続可能な開発に関する基礎研究

(1) メタンハイドレート開発に伴う環境影響の評価： メタンハイドレートは温度圧力条件に敏感で過去に環境変動を引き起こしたと考えられている。そのため、次世代資源としてメタンハイドレートを開発する場合に引き起こされる可能性がある環境・生態系変化について、海洋堆積物中の化石DNAを用いて復元する。
(2) レアメタルの化学的回収法・微生物学的回収法（バイオリーチング）の開発： 鉄マンガン酸化物や硫化物からレアメタルやレアアースを回収する上で、より環境に負荷を与えず、コストの低い手法として、微生物（鉄還元菌など）を用いた回収法を開発する。

これらはいずれもが、レアメタル資源や海洋エネルギー資源の持続的利用に資する研究である。こうした課題に対して、本専攻の教員がカバーする海洋地質、地球化学、微生物学、海洋生態学などの理学的知見と手法を駆使して、息の長い高い研究成果を得ることを目指す。

・東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻　教授　狩野 彰宏
・東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻　准教授　鈴木 庸平
・東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻　助教　砂村 倫成
・高知大学海洋コア総合研究センター　特任教授　臼井 朗

・A. Kano, R. Miyahara, K. Yanagawa, T. Mori, S. Owari, H. Tomaru, Y. Kakizaki, G. Snyder, T. Shimono, Y. Kakuwa, and R. Matsumoto, Gas hydrate estimates in muddy sediments from the oxygen isotope of water fraction. Chem. Geol., in press.
・M. Kouduka, A. S. Tanabe, S. Yamamoto, K. Yanagawa, Y. Nakamura, F. Akiba, H. Tomaru, H. Toju, and Y. Suzuki, Eukaryotic diversity in late Pleistocene marine sediments around a shallow methane hydrate deposit in the Japan Sea. Geobiology, in press.
・S. Mitsunobu, M. Zhu, Y. Takeichi, T. Ohigashi, H. Suga, M. Jinno, H. Makita, M. Sakata, K. Ono, K. Mase, and Y. Takahashi, Direct detection of Fe(II) in extracellular polymeric substances (EPS) at the mineral-microbe nterface in bacterial pyrite leaching, Microbes Environ., 31 (2016) 63-69.
・J. Fujimoto, K. Tanaka, N. Watanabe, and Y. Takahashi, Simultaneous recovery and separation of rare earth elements in ferromanganese nodules by using Shewanella putrefaciens, Hydrometallurgy 166 (2016) 80-86.
・S. Furuyama, A. Kano, Y. Kunimitsu, T. Ishikawa, and W. Wang, Diagenetic overprint to a negative carbon isotope anomaly associated with the Gaskiers glaciation of the Ediacaran Doushantuo Formation in South China. Precambrian Res., 276 (2016) 110-122.
・C. Sugihara, K. Yanagawa, T. Okumura, C Takashima, A. Harijoko, and A. Kano, Transition of microbiological and sedimentological features associated with the geochemical gradient in a travertine mound in northern Sumatra, Indonesia. Sediment. Geol., 343 (2016) 85-98.
・K. Yanagawa, A. Tani, A. Hachikubo, A. Kano, and Y. Suzuki, Biogeochemical Cycle of Methanol in Anoxic Deep-Sea Sediments. Microbes and Environments, 31 (2016) 190-193.
・T. Kashiwabara, Y. Oishi, A. Sakaguchi, T. Sugiyama, A. Usui, and Y. Takahashi, Chemical processes for the extreme enrichment of tellurium into marine ferromanganese oxides, Geochim. Cosmochim. Acta, 131 (2014) 150-163.
・Y. Takahashi, K. Kondo, A. Miyaji, Y. Watanabe, Q. H. Fan, T. Honma, and K. Tanaka, Recovery and separation of rare earth elements using salmon milt, PLoS One, 9 (2014) e114858.
・K. Yanagawa, M. Kouduka, Y. Nakamura, A. Hachikubo, H. Tomaru, and Y. Suzuki, Distinct microbial communities thriving in gas hydrate-associated sediments from the eastern Japan Sea. Journal of Asian Earth Sciences, 90 (2014) 243-249. [11] Y. Takahashi, A. Manceau, N. Geoffroy, M. A. Marcus, and A. Usui, Chemical and structural control of the partitioning of Co, Ce, and Pb in marine ferromanganese oxides, Geochim. Cosmochim. Acta, 71 (2007) 984-1008.
・鈴木庸平 (2017) 急激な地球温暖化は海洋生態系に何をもたらすのか? ~化石 DNA による近過去の復元と将来予測への挑戦~ Japan Geoscience Letter 13 No.2.
・狩野彰宏・森大器・柳川勝紀 (2014) 凝集炭酸同位体温度計の原理と実践．地球社会統合科学，21, 83-92.
・臼井朗・高橋嘉夫・伊藤孝・丸山明彦・鈴木勝彦、海底マンガン鉱床の地球科学、東大出版会（2015）.

出願番号：特願2017-111915、発明者：大石徹、高橋嘉夫、徳永絋平、発明の名称：「放射性金属イオン含有汚染水の処理方法及び不溶化処理剤」、出願人：日鉄住金セメント株式会社、国立大学法人東京大学、出願日：2017/6/6
出願番号：特願2012-228261、発明者：近藤和博、高橋嘉夫、宮地亜沙美、発明の名称：「核酸のゲル化沈殿による希土類金属の回収方法」、出願人：アイシン精機株式会社、国立大学法人広島大学、出願日：2012/10/15
出願番号：特願2012-085321、発明者：高橋嘉夫、宮地亜沙美、近藤和博、発明の名称：「レアアースの回収方法」、出願人：国立大学法人広島大学、アイシン精機株式会社、出願日：2012/4/4
特許番号：5713390、公開番号：特開2012-172232、出願番号：特願2011-037488、発明者：近藤和博、高橋嘉夫、浅岡聡、発明の名称：「希土類金属回収材および希土類金属回収方法」、出願人：アイシン精機株式会社、国立大学法人広島大学、出願日：2011/2/23