温室効果ガスとカイコウオオソコエビ

2022/02/09 ブログ

鉱業は温室効果ガス排出削減が困難な産業です。

 地球温暖化に関係する温室効果ガスの削減に、様々な産業が努力し、技術開発のため研究が続けられています。例えば、電気自動車や太陽光発電などを技術開発の一つとして挙げる方も多いと思います。しかし、電気自動車で使う電気は石炭や石油を使った発電に依存しているため、実は排出二酸化炭素の削減にあまり貢献していないなど、実質的な温室効果ガスの削減と言うより、イメージ戦略的な部分が伺えます。それでも、温室効果ガスの削減に一歩一歩進んでいることは間違いありません。日本でもハイブリッド車の普及や電気自動車の開発など、自動車の排気ガス削減に注力されています。

産業部門で鉄鋼業が最も温室効果ガスを排出しています。

 温室効果ガスの中でも、最も排出量が多いがガスは二酸化炭素です。鉄鋼業は、産業部門からの二酸化炭素排出量第一位であり、40%を占めています。二酸化炭素排出量第二位の化学工業が14%を2倍以上引き離して、圧倒的な第一位となっています。これに非鉄金属産業を加えた鉱業全体では、実に44%と産業部門の総二酸化炭素排出量の約半分となります。もちろん、「鉄鋼は製造業の血液」と言われるほど、鉄鋼業は重要な産業です。それでも、二酸化炭素排出の削減は全産業で必要な課題です。現在でも各社は様々な技術開発を行い、鉄鋼業の二酸化炭素排出量を削減しています。しかし近い将来、現状の設備に対する技術開発では、排出二酸化炭素量は削減できなくなるかもしれません。

忘れてはいけない鉱石の輸入時に発生する温室効果ガス

 日本は鉄鉱石を始め、様々な金属や元素の元になる鉱石は、ほぼ100%輸入に頼っています。中でもオーストラリアから鉄鉱石、石炭、ボーキサイトなどの主要輸入先です。また、銅鉱石はチリやペルーなど、中南米から輸入しています。いずれにしても、日本から遠く離れた国から船で運んできています。鉄鉱石に限ってみても、輸入時の年間排出二酸化炭素量は4700万トンと推算されています。これは、国内輸送に関係する年間排出二酸化炭素量約2億トンの25%に当たります。国内営業貨物車の年間排出二酸化炭素量の4200万トンよりも多い排出量となっています。排出二酸化炭素量を劇的に減らすためには、国内で鉱山を開拓し、目的元素が少ない低質な鉱石でも低コスト・低消費エネルギーで、高効率の精製を目指すことが必要です。しかし、そんな都合の良い方法はあるのでしょうか?

カイコウオオソコエビのアルミニウム抽出方法は、金属精製の新展開となるかもしれません。

 カイコウオオソコエビは、水酸化アルミニウムゲル(以下、アルミゲルと略します)を身にまとって、高水圧から身を守っています。アルミニウムは、海水中にはほとんど含まれていません。海水1kg(約1L)に含まれるアルミニウムは、30ng(Newton別冊地球大解剖より)です。一方、海底に溜まった粘土鉱石1kgには約80―100g含まれています。カイコウオオソコエビは、海底堆積物を食べて生活しています。この時、堆積物中の粘土鉱物からアルミニウムを抽出して、利用していました。また、アルミニウムの抽出は、グルコン酸が用いられていました。カイコウオオソコエビがユニークなセルラーゼで、流木からグルコースを生成しています。グルコン酸もまた、グルコースから作られるので、容易にアルミニウムを抽出できるのでしょう。


 カイコウオオソコエビは、2℃、1000気圧という環境で、粘土鉱物からアルミニウムを抽出していました。これまでの鉱物精錬では、何千度という高温の利用とは全く異なります。また、グルコン酸を用いたアルミニウムの抽出は室温でも確認できています。さらに研究を進めた結果、グルコン酸を用いたアルミニウムの抽出は、pHが5-6程度(お酢など)で十分可能でした。強い酸やアルカリは必要ありません。また、鉄も同時に抽出可能でした。海底堆積物だけではなく、地上の土壌からも同様にアルミニウムと鉄が抽出可能でした。実は、土壌中に含まれるアルミニウムは、植物の生育を妨げます。酸性雨で森林が枯れる原因の一つとして、酸性となった土壌からアルミニウムが遊離したことが挙げられています。土壌からアルミニウムを抽出できれば、酸性雨が降っても作物の生育を妨げない土壌に改良できるでしょう。廃棄土壌を有料で引き取り、アルミニウムや鉄を抽出後、改良土壌として園芸店や農家に販売するというビジネスモデルが成立するかもしれません。
現在の鉱業では、鉱物を外国で購入して、日本または第三国まで運び、そこで大量のエネルギーを消費して、製鉄等を行っています。確かに多くの製鉄が可能ですが、同時に多く工程で大量の温室効果ガスを排出します。しかし、今後は温室効果ガスの排出を可能な限り削減する必要があります。太陽光や風力を用いた発電は、火力発電や原子力発電より効率が低いのですが、未来のために開発されています。鉱業業界もまた、未来のために非効率でも温室効果ガスを劇的に減らす方法を開発するべきでは無いでしょうか?

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Greenhouse gas and Hirondellea gigas

Mining is an industry where it is difficult to reduce greenhouse gas emissions.

 Various industries are making efforts to reduce greenhouse gases related to global warming, and research is being continued for technological development. For example, I think many people cite electric vehicles and solar power generation as one of their technological developments. However, since the electricity used in electric vehicles depends on power generation using coal and oil, it does not actually contribute much to the reduction of carbon dioxide emissions, so it is an image strategy rather than a substantial reduction of greenhouse gases. I can hear the specific part. Still, there is no doubt that we are making step-by-step steps to reduce greenhouse gases. In Japan as well, we are focusing on reducing automobile exhaust gas, such as the spread of hybrid vehicles and the development of electric vehicles.

The steel industry emits the most greenhouse gases in the industrial sector.

 Among the greenhouse gases, carbon dioxide is the gas with the highest emissions. The steel industry ranks first in carbon dioxide emissions from the industrial sector, accounting for 40%. The chemical industry, which has the second largest amount of carbon dioxide emissions, has more than doubled 14% to become the overwhelming number one. The mining industry as a whole, including the non-ferrous metal industry, accounts for 44%, which is about half of the total carbon dioxide emissions of the industrial sector. Of course, the steel industry is so important that it is said that "steel is the blood of the manufacturing industry." Still, reducing carbon dioxide emissions is a necessary challenge for all industries. Even now, each company is developing various technologies to reduce carbon dioxide emissions in the steel industry. However, in the near future, technological developments for current equipment may not be able to reduce carbon dioxide emissions.

Don't forget the greenhouse gases generated when importing ore

 Japan relies almost 100% on imports for ores that are the source of various metals and elements, including iron ore. Among them, it is a major import destination of iron ore, coal, bauxite, etc. from Australia. In addition, copper ore is imported from Central and South America such as Chile and Peru. In any case, it is shipped from a country far away from Japan. As far as iron ore is concerned, the annual carbon dioxide emissions at the time of import is estimated to be 47 million tons. This is 25% of the annual carbon dioxide emissions of about 200 million tons related to domestic transportation. It emits more than 42 million tons of carbon dioxide emitted annually by domestic commercial freight vehicles. In order to dramatically reduce the amount of carbon dioxide emissions, it is necessary to develop mines in Japan and aim for high-efficiency refining with low cost and low energy consumption even for low-quality ores with few target elements. But is there such a convenient way?

The aluminum extraction method for Hirondellea gigas may be a new development in metal refining.

 Hirondellea gigas protects themselves from high water pressure by wearing aluminum hydroxide gel (hereinafter abbreviated as aluminum gel). Aluminum is rarely contained in seawater. Aluminum contained in 1 kg (about 1 L) of seawater is 30 ng (from Newton's separate volume Earth Anatomy). On the other hand, 1 kg of clay ore accumulated on the seabed contains about 80-100 g. Hirondellea gigas live on seabed sediments. At this time, aluminum was extracted from the clay minerals in the sediment and used. In addition, gluconic acid was used for the extraction of aluminum. Hirondellea gigas is a unique cellulase that produces glucose from driftwood. Gluconic acid is also made from glucose, so it may be easy to extract aluminum.


 Hirondellea gigas extracted aluminum from clay minerals in an environment of 2 ° C and 1000 atm. Traditional mineral refining is completely different from the use of high temperatures of thousands of degrees. In addition, the extraction of aluminum using gluconic acid has been confirmed even at room temperature. As a result of further research, it was possible to extract aluminum using gluconic acid at a pH of about 5-6 (vinegar, etc.). No need for strong acids or alkalis. In addition, iron could be extracted at the same time. Aluminum and iron could be extracted not only from seafloor sediments but also from above-ground soils. In fact, the aluminum contained in the soil hinders the growth of plants. One of the causes of forest death due to acid rain is the release of aluminum from acidified soil. If aluminum can be extracted from the soil, it will be possible to improve the soil so that it does not hinder the growth of crops even in acid rain. A business model may be established in which waste soil is collected for a fee, aluminum and iron are extracted, and then sold to gardeners and farmers as improved soil.


 In the current mining industry, minerals are purchased abroad and transported to Japan or a third country, where a large amount of energy is consumed to make iron. It is possible to make a lot of steel, but at the same time, many processes emit a large amount of greenhouse gases. However, in the future, it is necessary to reduce greenhouse gas emissions as much as possible. Power generation using solar and wind power is less efficient than thermal power generation and nuclear power generation, but it is being developed for the future. Shouldn't the mining industry also develop ways to dramatically reduce greenhouse gases, even inefficiently, for the future?

 

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