本研究は、日本農芸化学会 2021 年度大会（仙台）における「ジュニア農芸化学会」（発表は新型コロナウイルス感染症対策のためオンライン形式で実施）に応募された研究のうち、本誌編集委員会

日本農芸化学会が優れた研究として選定した６題の発表のうちの一つです。

藻類を活用した福島の汚染水処理システムを考える福島成蹊学園福島成蹊高等学校
神村美妃，根本佳祐（研究指導者：山本
私たちは，現在，学校近くの茶屋沼にて採集した藻類を活用して，福島第一原発敷地内に保管されていて，さらに現在も化学と生物●

毎日，原子炉建屋内から出てくる高濃度の放射性物質を含む汚染水を減らしたいと考えている．乾燥状態のイシクラゲは剛，遠藤瑞季，Lilian E.C.Yoneda）
た水）と 832,900 m3 の処理途上水（多核種除去設備等で浄化処理した水のうち，トリチウムを除く核種が告示濃度限度比総和 1 以上の処理水を指す．告示濃度限度と水を吸収し，その水が蒸発することによって時間とともに元は，原子炉等規制法に基づく告示に定められた，放射性の乾燥状態のイシクラゲに戻っていくことから，イシクラゲ廃棄物を環境中へ放出する際の基準である．
）が保管さが吸収した水を大気中へ放出する条件がわかれば，敷地内にれており，全体の 7 割が処理途上水であった (1)．処理途上大量にある汚染水をイシクラゲの能力で減らすことができる． そ の 際， 汚 染 水 中 に 含 ま れ る 放 射 性 ス ト ロ ン チ ウ ム（Sr）， 放 射 性 セ シ ウ ム（Cs） は， イ シ ク ラ ゲ に 吸 収 さ せ て
回 収 で き る と 期 待 で き る． そ こ で イ シ ク ラ ゲ に Sr・Cs 混 合溶 液 を 吸 収 さ せ て， さ ら に 青 色 LED を 照 射 し て， イ シ ク ラ

水に含まれるトリチウムを除く主要な核種は，セシウム-137（137Cs），セシウム-134（134Cs），ヨウ素-129（129I），アンチモン-125（125Sb），ルテニウム-106（106Ru），ストロ
ンチウム-90（90Sr），コバルト-60（60Co）である．

ゲ の 有 無 に よ る Sr・Cs 混 合 水 溶 液 量 の 減 少 量 の 違 い を 調 べ

10 年前に本校の先輩方は，放射線の影響を受けやすた． そ の 結 果， イ シ ク ラ ゲ に よ り Sr・Cs 混 合 水 溶 液 の 減 少

いのは微小生物ではないかと考え，微小生物調査を本校量が増加することが明らかとなった．

近くの茶屋沼にて開始した．その調査で先輩方が着目した の が 緑 藻 の ミ カ ヅ キ モ（本研究の目的，方法および結果と考察【背景・動機】
2011 年 3 月 11 日に起きた東日本大震災にて，福島で車軸藻のシャジクモ（（），），ミルフラスコモ），藍藻のイシクラゲ（，図 1）である．文献から，ミカヅキモが環境中の Sr を分離固定することが報告されており (2)，先輩方は 原 発 事 故 が 発 生 し た．10 年 経 っ た 今 も，1 日 に 約
140 m3 もの汚染水が増え続け，敷地内のタンクが満杯になるのは 2023 年春頃と推測されており，限界までにもう時間がない．また，2021 年 4 月 13 日には政府により正式に海洋放出による汚染水の処理が決定され，2 年後には海洋放出が始まる予定である．
2021 年 8 月 19 日現在，タンク内にある汚染水について調べてみると 374,200 m3 の ALPS 処理水（トリチウム以外の放射性物質が，安全に関する規制基準値を確実に下回るまで，多核種除去設備（ALPS）等で浄化処理し化学と生物 Vol. 59, No. 12, 2021

図 1 ■ イシクラゲ（）乾燥状態

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は原発事故で発生した汚染水の処理に藻類が活用できなにて放置し，毎日総重量を電子天秤で測定した．

いかと考えて研究を開始し，現在まで代々研究を引き継（2）容量 70 mL のポリプロピレンの容器に，水道水をぎながら活動している．

電子天秤で記録しながら 15 g 加え，イシクラゲ（乾燥状90

私 た ち は， 半 減 期 が 29 年 の Sr と 半 減 期 が 30 年 の137

2＋Cs に着目し，藻類を用いて Sr と Cs を回収して，＋続照射し，毎日総重量を電子天秤で測定した．

たいと考え，図 2 のような装置を考えている．また，今結果と考察

回は図 2 の③（第三段階）で実施するイシクラゲによる実験（1）では，イシクラゲを加えた一部のサンプルにALPS 処理水及び処理途上水の処理を目指した研究につおいて，総重量が前日と比較してわずかながら減少量にいて報告する．図 2 の①，②に関する内容については，差があることが確認された（図 3）．

以前，本誌にて報告した ．

前日とのわずかな減少量の差は，イシクラゲの作用に日本農芸化学会【本研究の目的】●

LED と青色 LED をそれぞれ 37 cm の距離から 24 時間連

ALPS 処理水及び処理途上水の量を藻類の力で減少させ(3)

化学と生物態）0.50 g を加えるものと加えないものを用意し，赤色よるものだと考え，イシクラゲによって水が大気中に放イシクラゲの Sr および Cs を吸収・蓄積する能力 (4) を出され，容器内に目視できる水が減少するとともに総重用いて，図 2 の①（第一段階）ならびに②（第二段階）量が減少したことから，イシクラゲによって大気中に水で処理しきれなかった

137

Cs,

134

Cs,

90

Sr を吸収させ，さが放出されたと仮説を立てた．

らに敷地内に大量にある ALPS 処理水及び処理途上水をまた，12 時間ごとに朝夕に重量を測定した際に，夜イシクラゲの作用で蒸気に変え，安全な濃度まで希釈し間よりも昼間の時間帯の方が，減少量がわずかに多いサて大気放出にて減少させる技術を考案した．本研究でンプルが複数個あったので，この現象には，イシクラゲ

は， イ シ ク ラ ゲ に Sr・Cs 混 合 水 溶 液（0.1 mM SrCl2，の光合成が関係しているのではと予想した．実験（2）と0.1 mM CsCl）を吸収させ，イシクラゲ添加・無添加条して，水を吸収させたイシクラゲに自然光，赤色 LED

件による Sr・Cs 混合水溶液の減少量を検討することと（640 nm），青色 LED（450 nm）を当て，毎日，総重量した．

を測定した．その結果，青色 LED を照射すると最も水【実験方法および結果と考察】が減少することが明らかとなった（図 4）．

1.

イシクラゲを活用した水の減少の検討

2．青色 LED を照射したイシクラゲの水の減少量の測定

実験方法

実験方法

（1）容量 70 mL のポリプロピレンの容器に，水道水を電（1）容量 70 mL のポリプロピレンの容器に混合溶液子天秤で記録しながら30 g 加え，イシクラゲ（乾燥状態）1.0 gを加えるものと加えないものを用意し，自然光，室温

図 3 ■ イシクラゲ 1.0 g を用いた 30 g の水が消失されるまでの日数

図 2 ■ 藻類を活用した汚染水処理システム632

図 4 ■ 光の波長の違いによる 15 g の水が消失されるまでの日数

化学と生物 Vol. 59, No. 12, 2021

日本農芸化学会●

化学と生物（0.10 mM SrCl2, 0.10 mM CsCl）を電子天秤で記録しな

敷地内のタンク内に 1,274,279 m3 の ALPS 処理水及び処

がら 3.0 g 加え，イシクラゲ 0.10 g を加えるものと加えな理途上水が保管 (2) されており，毎日 140 m3 の汚染水が発いものを用意し，容器全体の総重量を電子天秤で測定し生していることから，1 日あたり 500 m3 の処理が可能だ

た．とすれば，毎日増加する汚染水 360 m3 の汚染水を処理（2）図 5 のような装置に（1）の容器を並べ，青色 LEDすることができ，約 10 年で ALPS 処理水及び処理途上（450 nm）を照射距離 10 cm，照射時間を明期：暗期＝水を処理できると試算できた．ただし，問題点として，

12 時間：12 時間で照射した．温度は，15〜40 C で実施．

ALPS 処理水及び処理途上水にはトリチウムが含まれる

照射中に最高 40 C に達し，照射を止めると 15 C まで低ため，トリチウムを含む水蒸気を安全な濃度まで希釈し下した．容器全体の総重量を測定後，Sr・Cs 混合水溶て大気放出したとしても風評被害は間逃れないし，必要液（0.1 mM SrCl2, 0.1 mM CsCl）を 3.0 g 加え，4 週間測となる大量のイシクラゲをどうやって培養するか，処理定した．この検討は 8 連で実施した．に使用した放射性物質を含むイシクラゲの処分をどうす結果と考察

るのか，汚染水タンクを利用してどのようにして提案しイシクラゲ有りと無しのサンプルで比較すると，すべている処理装置を作るのかなど，解決すべき問題は山積てのイシクラゲ有りのサンプルにおいて一日当たりのしている．その一方，イシクラゲは放射線にも強い耐性

Sr・Cs 混合水溶液の減少量は，イシクラゲ無しのサンを持つことが知られており (5)，トリチウムの半減期がプルの Sr・Cs 混合水溶液の減少量より多かった（図 6）．

12.3 年であることから，保管場所が確保できればタンクまた，4 週間後の総減少量は，イシクラゲ無しが 50.6 g

内の ALPS 処理水及び処理途上水をイシクラゲに吸収さに対して，イシクラゲ有りは 70.7 g であった．この減少せて，さらにトリチウムを十分減衰させて濃度を低下さ量を比較すると，イシクラゲ無しでの Sr・Cs 混合水溶せることで，安全基準を満たして汚染水を処理する方法

液の減少量より，イシクラゲ有りでの Sr・Cs 混合水溶を提案できる．

液の減少量は 20.1 g 多かった．このことから，イシクライシクラゲの状態について調べた結果，実験前の濃いゲを加え，青色 LED を照射することで Sr・Cs 混合水溶黒っぽい色（図 7 の写真では濃い緑色）から徐々に薄い液の減少が安定して起こることが明らかとなった．

茶色に変化した．光学顕微鏡で観察すると，初期段階で今回の実験で使用したイシクラゲ 0.1 g あたり 4 週間で観察された球状の細胞が数珠状に繋がっている細胞群

Sr・Cs 混合水溶液が 71 g 減少したので，イシクラゲ 1 gが，時間が経つにつれ，バラバラに離れていき，球状のあたり 1 日で 25 g の Sr・Cs 混合水溶液が減少すると考数珠状の細胞がまばらに観察された（図 7）．Sr・Cs 混

え ら れ た． し た が っ て，1 日 で 500 m3 の タ ン ク 内 のALPS 処理水及び処理途上水を処理しようとすると，20 t のイシクラゲが必要である．2021 年 8 月 19 日現在，

図 5 ■ 使用した実験装置

図 6 ■ イシクラゲ有り無しの 1 日当たりの水の減少量（蒸発量含む） ＝8

図 7 ■ 実験前のイシクラゲ（左）と実験 28 日
後のイシクラゲ（右）倍率 400 倍

化学と生物 Vol. 59, No. 12, 2021633

日本農芸化学会●

化学と生物合水水溶液が減少する際には，イシクラゲの状態が変化汚染水を減少させることができれば，安全基準を満たししていることを確認できた．て汚染水を処理する新たな方法の開発につながると期待

イシクラゲに Sr・Cs 混合水溶液を加えて青色 LED をできる．さらに地震等でタンクから汚染水が漏れる恐れ照射することで，Sr・Cs 混合水溶液の減少量が増加すがあるが，イシクラゲを使うことで水漏れを防ぐことがることを確認できたが，本研究ではそのメカニズムを解できる利点があると考えている．

明することはできなかった．しかし，イシクラゲを加え汚染水は 2 年後に海洋放出されることが政府により決たサンプルの水温（30〜32 C）と加えないサンプルとの定し，新たな処理方法を提案する時間は少ない．私たち

水温（27〜29 C）を比較すると，イシクラゲを加えたサは，将来，世界中のどこかで放射性物質を含む汚染水がンプルの水温の方が 2 C ほど高くなった．この原因につ大量に発生した際にも活用できる藻類を活用した汚染水

いては，イシクラゲが青色 LED による光エネルギーを処理システムの技術を確立するために，今後もこの藻類熱エネルギーに変換しているのではと予想したが，今後を活用した汚染水処理システムの開発を継続する．地元の検討が必要である．さらに水の減少量が増加する現象の高校生が，10 年前から先輩たちからの思いを引き継がイシクラゲ特有の現象であることを確かめるために，いで研究を継続して，原発事故により生じた汚染水の処

イシクラゲのように水を吸収でき，色が似ているものと理の問題，放射性物質の廃棄に関する問題，原発の廃炉して，黒いスポンジをイシクラゲの代わりに用いて実験の問題，空間放射線量が高く住民が帰宅できない問題，を行ったが，黒いスポンジでの Sr・Cs 混合水溶液の減漁業や農業における風評被害の問題について，全国や世少量は，イシクラゲによる Sr・Cs 混合水溶液の減少量界へ発信し続けていることは，これらの問題を過去のもを上回ることはなかった．黒いスポンジを用いた場合ののとして風化させないことはもちろん，地元福島の復興

水温については，27〜35 C とばらつきが大きかった．

を担う次世代の人材の育成にもつながると考えている．

このことから水の消失は，イシクラゲ特有の現象である

被災した地元を，私たちの研究で元気づけたい．

ことが示唆された．

謝辞：本研究の一部は，JSPS 科研費 18H00347 および公益財団法人河川財団の河川基金助成事業 2018-5411-002 の助成を受けて実施されました．
また（株）リバネス教育総合研究所による支援対象研究の認定を受け，本研究を遂行致しました．これらのご援助に対して厚く御礼申し上げます．

本研究の意義と展望
東日本大震災にて引き起こされた原発事故から 10 年が 経 過 す る が， 現 在 も 1 日 140 m3 の 汚 染 水 が 発 生 し，ALPS 等で処理をして原発敷地内のタンク内に保管されている．本研究では，すでに Sr を藻類に吸収させることができることを示している (3)．イシクラゲを活用する
メリットは，低濃度の放射性物質を生物濃縮機能により効率よく吸収できるのではないかと考えている．その一方，タンク内の汚染水には ALPS 等で取り除くことができないトリチウムが大量に含まれている．実用化のレベルに達しているトリチウムの分離技術は，2021 年 5 月時
点において確認できない (1)．今後，本研究を発展させて，イシクラゲの利用やトリチウムの充分な減衰を経て原発敷地内のタンクに保管されているトリチウムを含む

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文献
1) 東京電力：処理水ポータルサイト，https://www.tepco.
co.jp/decommission/progress/watertreatment/index-j.html
2) M. R. Krejci, B. Wasserman, L. Finney, I. Mcnulty, D.
Legnini, S. Vogt & D. Joester:, 176, 192(2011).
3) 福島成蹊学園福島成蹊高等学校：化学と生物，55, 719(2017).
4) H. Sasaki, H. Tamaoki, Y. Nakata, K. Sato, Y. Yamaguchi& H. Takenaka:, 9, 87 (2016).
5) Fraunhofer RESEARCH NEWS February 2017 II:https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2017/
february/algae-survive-heat--cold-and-cosmic-radiation.
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Copyright © 2021 公益社団法人日本農芸化学会
DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.59.631

化学と生物 Vol. 59, No. 12, 2021