令和４年度 第２回海洋技術フォーラムシンポジウム ２０２２年１１月４日

日本の海洋鉱物資源開発の可能性と期待
全部個人の見解です

大阪公立大学 大学院工学研究科
山崎哲生

１．流体ドレッジ方式は環境面、経済面でNG
環境影響低減のために揚鉱水は深層放出
ゼロエミッションのためのループ式ライザー

２．インフラ既存の海底熱水鉱床開発への期待
海底鉱石選別と機械式揚鉱の導入

３．インフラ未整備のGX対応複合開発の可能性
南鳥島EEZのレアアース泥とマンガン団塊の共存
パルプリフトによるレアアースとコバルトの獲得

４．モラトリアム（Stop Deep Seabed Mining）対応

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世界動向

2019年Nautilus社破綻と2017年日本の採鉱・揚鉱実験結果は海底熱水鉱床開発に負のインパクト
・Nautilus社のSolwara 1鉱区（水深1,600m、銅含有率7%）は、経済価値は伊是名海穴より35%も高い鉱床であったが、確定鉱量が少なく、「良いものは少ない」という資源ピラミッドを実感させた。
・日本の海底熱水鉱床採鉱・揚鉱実験において、揚鉱水の重金属イオン濃度が排出基準超えという大きなコストアップ要因があることを認識させた。
・2018年の日本の海底熱水鉱床開発経済性評価結果は、「経済性を見出しうる」可能性があることより、可能性はあまりないことを認識させた。
海底熱水鉱床開発の可能性は小さい、あるいは、困難ということを周知させ、当面の開発を指向する国や企業は無くなった。
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世界はマンガン団塊の集鉱・揚鉱実験へ

世界動向

海底熱水鉱床とコバルトリッチクラストは、探査活動しか実施されていないが、マンガン団塊については、2021年にベルギー、ドイツ、インドが水深4500～5000mの鉱区内で集鉱実験に成功。中国は南シナ海の水深1300mでの集鉱・揚鉱実験に成功。2022年にナウルが、2024年にベルギー、インドが鉱区内での集鉱・揚鉱実験を計画
2021年
ベルギーの実海域実験
用集鉱機

https://gsr.a.fanaticdev.co.uk/#what

2021年中国の浅海実験用集鉱機
Kang, Y. Liu, S. Minerals 2021, 11, 1132.
https://doi.org/10.3390/min11101132

2022年ナウルの浅海実験用集鉱機
https://investors.metals.co/news-releases/news-release-details/metalscompany-and-allseas-announce-successful-deep-water-test

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世界動向

モラトリアムの動き

https://wwfint.awsassets.panda.org/downloads/wwf_dsm___june_2022.pdf

4海洋鉱物資源の採取方法

流体ドレッジNG

・海洋石油・天然ガスの採取方法類似のシステムを想定
・採鉱船、ライザーパイプ、水流発生装置、採取装置で構成相違点： ・パイプ内水流で鉱水を流す 石を船まで輸送動くこと
・海底ダイヤモンド採掘（水深200m）で適用中船から掃除機を降ろして、鉱石を吸い取り、パイプ内水流で揚げる
Collector

流体ドレッジ曳航式 流体ドレッジ自走式

Mero, J. L.: The mineral
resources of the sea, Elsevier:
Oceanography Series, 1,Amsterdam, Netherland, 1965,
312p.で原案提示
5

流体ドレッジNG
最近のマンガン団塊採鉱システムは複数集鉱機と深層排水イメージ図が主流

・揚鉱水の戻し管と戻しポンプが必要
・パイプ系の重量と移動時の流体抵抗増大
・デリックの動揺補償機能の強化必要
・戻し水の温度と溶存酸素の生態系影響は未知
・経済性？
Agarwal, B. et al., (2012). Feasibility Study on Manganese Nodules Recovery in theClarion-Clipperton Zone, LRET Collegium 2012 Series Vo. 2, Univ. of Southampton, UK.

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Technipの提唱したゼロエミッション 流体ドレッジNG
外洋域海底熱水鉱床採鉱システム
フレキシブルライザーの定点設置（Self-standing Flexible Riser）
揚鉱用容積式ポンプを海底に設置
揚鉱水をフィルタリング後、加圧してデュアルライザーで海底へ
これを揚鉱用ポンプに動力兼揚鉱水として供給
・ゼロエミッション、定点設置、容積式ポンプなど、技術的工夫は秀逸
・セルフスタンディン
グデュアルライザー
や容積式ポンプは高額であり、定点保持期間が長く、品位の高い鉱体でないと経
Johann RONGAU’s presentation slide in World NAOE Forum 2017 済性は見込めない 7

数年間は動かなくて良い海底熱水鉱床： 流体ドレッジNG
鉱体分布の空間スケール
150-250m

Surface
700-1,600m

海底熱水鉱床の鉱体は数百万トン規模のものが発見されており、直径数100mの範囲内に、採鉱システムが数年間留まって稼働することが予想される。
8揚鉱（回収）物の価格比較
原油採掘

流体ドレッジNG

原油 = 100%$600～1,200/t
原油価格 = $80/bbl
1bbl = 約0.16m3
回収物1トンあたり価格 = 80/0.16/0.83 = $600/t
管内流速を考慮すると: 1～2m/s (原油は低速)

銅換算品位が2倍になると$1,200/t
鉱石揚鉱

海底熱水鉱床鉱石体積濃度 = 10%, 海水 = 90%
揚鉱物中の鉱石重量濃度 = 25%, 海水 = 75%
揚鉱鉱石の銅換算品位 = 7%14%$600/t
銅価格 = $7,000/t
揚鉱物1トンあたり価格 = 7000x0.07x0.25 = $120/t
管内流速を考慮すると: 5m/s (揚鉱は高速)
単位時間当たり価格は5倍になる ($600/t)

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海底熱水鉱床鉱石処理インフラ完備： 海底熱水鉱床期待
日本における銅資源の利用の流れ
チリ、ペルー、アメリカ、オーストラリア等が生産国
現地で、硫化鉱の金属含有率を1%以下から30%程度に高め精鉱として輸入する。岩石分は現地で廃棄する
国内にインフラ完備
炉を用いて精鉱を融解し、液状化した銅を金属含有率99%にして取り出す。
鉄シリカ分のスラグは骨材等として売却

https://home.jeita.or.jp/mineral/seminar/files/鉱物資源マテリアルフロー（銅・ニッケル・コバルト・リチウム）について.pdf

10インフラ活用に必要なこと（その１）： 海底熱水鉱床期待
海底選別工程導入による鉱石の人為的高品位化
Marginal distance

Heavier metal-richparticle
Lighter rockparticle

海底選別工程は、海底で採鉱した鉱石を海底プラントで粉砕、分級した後、比重差を用いた物理的選別によって、金属含有率が高くて比重の大きな鉱石と、金属含有率が低くて比重の小さな脈石を分離し、鉱石のみを回収する工程である。

RecoveryRock,pumice,andsediment

Excavated
raw oreCrush andsizing

Primary ore
separation

Metal-richsulfides物質

比重量（g/cm3）

銅

8.96

鉛11.35

亜鉛7.13

金19.32銀10.50鉄7.87

SiO22.65

11海底熱水鉱床期待
インフラ活用に必要なこと（その２）：
機械式揚鉱による海底熱水鉱床採鉱モデル（ゼロエミッションではないけれど・・・）
採鉱プラットフォーム

ネットバッグ
採鉱機

ループ式
揚鉱ロープ

フレキシブルチューブ

重金属イオン滲出低減化可能

鉱石破砕、分級、選別、ネット詰め
プラント

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海底熱水鉱床期待
海底熱水鉱床開発の経済性評価：
流体ドレッジと機械式揚鉱の比較（海底選別は実施）
サブシステム 年間鉱石フロー（千トン）
採鉱

採掘

1,260 （湿潤量）

揚鉱

946 （湿潤量）

設備建造費用 (百万ドル)

年間操業費用 (百万ドル)

流体ﾄﾞﾚｯｼﾞ

機械式

流体ﾄﾞﾚｯｼﾞ

機械式

666

682

144

88

輸送804 （乾燥量）

197

59

選鉱

804 （乾燥量）

3673899

合計

915276220

評価結果 流体ﾄﾞﾚｯｼﾞはNG、機械式には経済性あり
流体ﾄﾞﾚｯｼﾞ
NPV (百万ドル) IRR (%)

機械式
PP (年) NPV (百万ドル)

IRR (%) PP (年)-348

NA6.3-1341

NPV: Net Present Value (正味現在価値）
IRR: Internal Rate of Return （内部収益率）
PP: Payback Period (投資回収期間）

14.6

13

複合開発可能性

海洋研究開発機構（JAMSTEC）プレスリリース
2016年8月26日「南鳥島沖の排他的経済水域内の深海底に広大なマンガンノジュール密集域を発見」
・レアアース泥と分布域が広範囲で重複

http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20160826/

マンガン団塊とレアアース泥が共存する場所ではパルプリフトによる複合開発の可能性
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粉砕マンガン団塊と深海底堆積物のパルプリフトによる高濃度大量輸送

複合開発可能性

フランスが1980年代に先駆的に実施したPulp-lift Experiment

・破砕団塊と堆積物の混合によって、体積濃度55-60%での揚鉱可能・ピストンポンプ使用
・揚鉱管径半減Bernard, J. et al. (1987). Analysis and comparison of nodule hydraulic transport systems, Proc. 9th Offshore Tech. Conf., Paper No. 5476.

深海底堆積物が無価値であったこと、廃棄物処理・利用が可能な場所を見出せなかったため、パルプリフト方式は断念したと推察される
五洋建設（株）と大阪公立大学の共同研究において、フランスと同様の
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パルプリフト室内実験を実施中

経済性評価で用いた複合開発モデル

複合開発可能性

1日あたり揚鉱量

レアアース泥: 6,000t （乾燥量）
マンガン団塊: 3,000t （乾燥量）

年間操業日数300日

年間揚鉱量
輸送距離

レアアース泥: 180万t （乾燥量）
マンガン団塊: 90万t （乾燥量）
2,000 km

浸出・抽出・製錬

レアアース泥：酸浸出および溶媒抽出
マンガン団塊：熔錬硫化塩素浸出法

廃棄物処理

レアアース泥残渣はブロック化無償譲渡
マンガン団塊残渣は骨材売却

開発期間20年

注1）国内需要規模と元素含有率からレアアース泥 6,000 t/d を生産規模に設定
注2）開発期間には3年間の建造期間と1年間の試運転期間(生産量50%)を含む
16レアアース元素および金属含有率と収益
ElementCe
LaPr
NdSm
Eu
GdTb
Dy
Y

Concentration
(ppm)
177.9
154.0
46.2
192.6
44.9
11.1
49.0
7.3
45.4
277.2

レアアー
ス泥からの収益 21%
0～4m: 0 ppm
4～5m: 5,350 ppm

阿部和彦他：レアアース泥の開発技術と経済性評価, 第23回海洋工学シンポジウム論文集, OES-089, 2012.

Metal
Ni
Cu
Co
Mn

Concentration
(%)
0.4
0.2
0.5
20.0

マンガン
団塊から79%の収益

Element
and metal
Ce
LaPr
Nd
Sm
Eu
GdTb
DyYNiCu
Co
Mn
Total

複合開発可能性

Yearlyrevenue(M$)
15,0001.2
15,0003.8
125,833
9.6
83,33326.6
35,0002.6
1,500,000
27.6
100,000
8.1
1,033,333
12.5
508,333
38.2
56,66626.0
16,121
51.8
6,678
11.3
34,698
155.6
2,463
354.7
729.6

Price($/t)

上記に加えて製錬スラグ収益が 50M$/year

複合開発でﾚｱｱｰｽ泥単独より収益5倍に
JAMSTEC: Press release on August 26, 2016,
http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20160826/

17パルプリフトの経済性評価結果
NPV(M$) IRR(%) Payback period(year)-526.73.66
15

複合開発可能性

ぎりぎり経済性はないという状態

マンガン団塊回収量を増加させる（レアアース泥は 6,000t/dで固定）
2000

NPV>0となるマンガン団塊回収量は約3,950t/d

NPV(M$)

1500
1000
500
02000-500-1000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

NPV (Net Present Value)
正味現在価値が ０ (ゼロ) とは収支均衡を意味する

Production of manganese nodules (t/d)

レアアース泥：マンガン団塊＝1：1 の場合
NPV(M$) IRR(%)
1,117
17.2

Payback period(year)918

複合開発可能性

レアアース泥とマンガン団塊の複合開発の経済性の鍵は廃棄物処理

経済性の検討においては、下記のような廃棄物処理を仮定した。
①レアアース抽出後の不要泥は中和処理後にセメントを加え、固めてブロックを作り、沿岸域の基礎生産性向上を図るための人工海底山脈構築に用いることを想定し、中和処理とブロック製造コストを計上した上で、引き取り手に対して無償譲渡する。
②製錬工程から出る鉄と二酸化ケイ素（SiO2）を主成分とするスラグは、コンクリート用骨材として、$100/tで売却する。
ブロックが売れれば、収益増で経済性改善

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「Stop Deep Seabed Mining」の動き

モラトリアム海洋環境の保全に必要な基礎情報や、開発行為によるダメージからの回復のモニタリングデータが不十分な状況で、国際海底機構（ISA: International Seabed Authority）がマンガン団塊の操業規則を制定し、開発を先導するのは時期尚早であるとする環境保護グループは、最低10年間のモラトリアム期間（開発に向けた活動の休止期間）を設けることを提案している。
国際自然保護連合（IUCN:International Union forConservation of Nature）
や世界自然保護基金（WWF:World Wide Fund fornature）が先頭に立って提案しているため、賛同する国際的企業が増えている。

https://wwfint.awsassets.panda.org/downloads/factsheet_wwf_ocean_no_deep_seabed_mining_full_page.pdf

BMW, Google, Samsung, Volkswagen, Volvo, Microsoft等

20モラトリアム

https://wwfint.awsassets.panda.org/downloads/wwf_dsm___june_2022.pdf

21日本の持つ海洋鉱物資源の有利さ

モラトリアム・排他的経済水域（EEZ）及び大陸棚に大量に賦存
・金属含有率が陸上資源の５～10倍
・複数の有用金属の同時回収が可能
・銅、ニッケル、コバルト、レアアース、金、銀、マンガン等が対象
・国内完結型かつ廃棄物利用を含む環境負荷低減型開発システムの構築が可能
鍵となるのは・海底鉱石選別、機械式揚鉱、パルプリフトの実現
・鉄マンガン酸化物の製錬システム構築と廃棄物利用技術確立
・人為的攪乱実験スケールアップと生態系反応モデル確立

Stop Deep Seabed Miningは公海でのこと（EEZは対象外） 22

モラトリアム

日本の環境負荷低減型開発をめざした取り組み
１．デトリタス（沈降有機物）等を根源とする食物連鎖系を数式モデルで表現し、底層域生態系のベースライン状態を再現
２．小規模な環境負荷（人為的攪乱）を底層域生態系に加え、生物種類別生息数の時間的、空間的変化を継続的に調査
３．数式モデルの係数等を、生物種類別生息数の時間的、空間的変化の調査結果を再現できるものに調整
４．異なる場所で環境負荷（人為的攪乱）を異種の底層域生態系に加え、数式モデル活用を普遍化▲ 達成済み▼ 未達成
５．環境負荷（人為的攪乱）の時間的、空間的規模の拡大を図り、商業開発時の底層生態系反応の予想・評価数式モデルを構築
６．商業開発時の底層生態系のダメージを低減できるような開発システム、開発方法、保護区画設置等検討ツールとして活用する

モラトリアム回避､あるいは解消に繋がる定量的評価ツール
23ご静聴、ありがとうございました

1997年に海山における集鉱実験で使用されたマンガン団塊集鉱機

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