J. Plasma Fusion Res. Vol.87, No.12 (2011)７
９５‐８００解説

海水からのリチウム回収
吉 塚 和 治，近 藤 正 聡１）
北九州市立大学国際環境工学部，１）東海大学工学部（原稿受付：２
０
１
１年８月３
１日）

リチウムイオン電池や合金材料の原料としてリチウムの需要が確実に増加すると予測されている．さらに，核融合炉では燃料の増殖材としてリチウムが不可欠である．リチウム資源の確保のために，海水やかん水など身の回りにある未利用資源からのリチウムの回収が注目されている．リチウムの需要と供給の現状や将来の核融合で用いられる場合の需要予測とともに，海水からリチウムを回収する技術とその実証試験の成果を解説する．
Keywords:
Lithium, recovery, seawater, nuclear fusion

１．はじめに

塩湖かん水からのリチウムを生産しているビッグ３は，

１．
１ リチウムの資源量と需要

SQM と Chemetall，FMC であり，この３社で世界の 73 ％リチウムは，携帯電話やパソコンなどで用いられる二次を生産している．特に，SQM と Chemetall は，チリ第２州

電池やガラス原料，アルミニウム軽合金の材料として用いのアタカマ塩湖のかん水を利用して炭酸リチウムや水酸化られている．その中でもリチウムイオン電池は，高エネル

リチウムを生産しており，２社合わせて炭酸リチウムとしギー密度を有することから，電気自動車（EV）やプラグイて１年間に７万トンに達する．

ンハイブリッド車（PHV）に搭載されるなど，技術開発の主なリチウム化合物の用途として，その製品別では炭酸進展とともに，リチウムの需要が急速に拡大している．

リチウムが 40 ％，用途別では電池材料として 21 ％を占め

リチウム資源は主に，１億年〜６５００万年前の大陸移動とている．世界のリチウム需要は全体で，２００４〜２００８年間の隆起に伴って陸地に形成された塩湖かん水と鉱石の２種類

年平均伸び率は５〜7 ％であるのに対し，二次電池用のリに大別され，両者を合わせた資源量は，金属リチウム換算

チウム需要が２０〜22 ％と著しい伸びを示している．２００９年

で約３，４００万トンと試算され，その比率は２：１である．まのリチウム化合物全体の需要のうち，日本，中国等アジア

た，塩湖かん水全体の資源量２，
１００万トンのうち，チリ，ボが世界のリチウム需要の 53 ％を占め，最大の市場となっリビアおよびアルゼンチンの３か国で 80 ％を占め，鉱石資ている［１］．

源量１，２００万トンのうち，米国が 47 ％を占めている（図１）．

今後の需要予測として，イリノイ工科大学では，ハイブ

２００９年の世界のリチウム生産量は，塩湖かん水および鉱

リッド／電気自動車１台あたり１０ポンド（4.5 kg）の炭酸

石合わせて約１２万トン（炭酸リチウム換算（LCE と略記），

リチウムが必要で，２０１５年には２５０万台が生産されると仮金 属 リ チ ウ ム の 5.3 倍 に 相 当）で あ り，そ の 生 産 比 率

定すると，1.1 万トンが必要になると試算している．まは，３：２となっている［１］．

た，SQM と Chemetall では，
２０２０年時点でのハイブリッド⍹ᴤ䈎䉖᳓ 䉳䊞䉻䊤䉟䊃
䋨㋶⍹䋩
2%
2%

࿾ᾲ䈎䉖᳓
3%
䊓䉪䊃䊤䉟䊃䋨㋶⍹䋩
6%／電気自動車用のリチウムイオン電池の需要は，控えめに⽕Ꮊ, 26,1%
䉦䊅䉻, 26,1%

䉶䊦䊎䉝, 85,3%
䊨䉲䉝, 100,3%見積もって２〜３万トン，多めに見積もって 5.5〜6.5 万トン（ともに LCE）と試算しており，その他の需要と合わせ䉮䊮䉯, 230,
8%

ると現在開発中のプロジェクトを含めても，２０１７〜２０１８年

䉼䊥, 690,24%にはリチウム不足が生じると懸念されている．

䉝䊦䉷䊮䉼䊮,255, 9%䊕䉫䊙䉺䉟䊃
䋨㋶⍹䋩
26%

Ⴎḓ䈎䉖᳓
61%

１．
２ 核融合分野でのリチウムの需要

ਛ࿖, 335,
12%☨࿖, 594,20%

燃料として重水素（D）とトリチウム（T）を用いる DT 核䊗䊥䊎䉝,
550, 19%

融合炉の設計研究が進められている．燃料として使用される重水素は，海水中の水素の 0.015 ％程度も含まれており，

䊥䉼䉡䊛⾗Ḯ㊂䋨2010ᐕ䋩䋻ว⸘䋺 34⊖ਁ䊃䊮

図１

地球上の資源量としてはほぼ無尽蔵である．これに対してਥⷐ࿖䈱䊥䉼䉡䊛ၒ⬿㊂䋨2010ᐕ䋩䋻㋶⍹䊶䈎䉖᳓ว⸘䋬න૏䋺⊖ਁ䊃䊮

トリチウムは，天然にはほとんど存在しないため，核融合リチウム資源量と主要国の埋蔵量．

Recovery of Lithium from Seawater
YOSHIZUKA Kazuharu and KONDO Masatoshi

炉内で生産しなければならない．炉心の核融合反応によりauthors’ e-mail: yoshizuka@kitakyu-u.ac.jp, kondo.masatoshi@tokai-u.jp

７９５!2011 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.87, No.12 December 2011

生じた中性子を，ブランケットのリチウムにあて，核変換量の大きさから，資源枯渇問題解決の手法の一つとして注を起こしてトリチウムを生産する．この時，トリチウムの目されてきた．海水の総面積は３億６千万 km2 以上で，実生産能力が消費量を十分に上回り，トリチウムに関するマに地球表面の約 70 ％を占めている．海洋の平均 深さはスバランスが成立する必要がある．

3.8 km であるので，海水の総量は１４億 km3 にも達する．そ

核融合炉で燃料増殖材として使用するリチウムの量は，のうち水は96.5 ％で残りは海水に溶け込んでいる物質で占自己冷却型ブランケットの場合は，３００トン程度になる見められており，実に様々な物質が溶け込んでいる．海水中

積もりがされている［２］．１回の D と T の核融合反応ではに溶存する元素とその平均濃度を表１に示す［４］．これら−12J）のエネルの鉱物資源量は大部分において，海水中の方が陸上の推定ギーを取り出せる．核融合炉の炉心出力を仮に 1 GW とす

埋蔵量より大きいが，海水中に存在する元素の濃度は希薄

ると，１年間で使用されるトリチウムの量は，（２）式からであり，経済的にかつ高純度に回収することがきわめて困求めることができる（M：トリチウムの原子量，A：アボ

難である．さらに，海洋の特殊性から陸上資源の回収技術

ガドロ定数．ここでは，１年間連続して運転するとして計をそのまま適応することは困難である．

（１）式に示すように，17.6 MeV（＝2.82×10

現在，実用的に回収・利用されている海水中の成分は，

算）．
23１D + 1T→ 42He + 10n + 17.6 MeV

１年間で使用されるトリチウム量［g］＝1×109×365×24×60×60×M = 55729
2.82×10−12×A

比較的濃度が高い塩化ナトリウム（食塩），塩化マグネシ（１）

ウム（にがり），臭素，ヨウ素などに限定されている．
海水からのホウ素の回収法としては溶媒抽出法や吸着法があり，かん水のようなホウ素含量が極めて高い場合には（２）

経済的観点から，溶媒抽出法を用いた研究が数多く行われ

1 GW の炉では，１年間におよそ 55.7 kg のトリチウムがてきた．しかしながら，海水のような希薄資源の場合は，消費されることがわかる．世界各国で核融合炉の設計が進吸着法が効果的であるためキレート樹脂を用いたホウ素回

められているが，日本の核融合科学研究所が設計している収が行われている［５］．

FFHR2m2 の出力は 3 GW で，米国で設計が進められてい臭素の回収は，工業排水から水酸化リチウムを媒体としる ARIES-CS［３］の出力は 2.436 GW である．これらはおおてイオン交換法によって臭化リチウムを回収する方法があよそ150 kg程度のトリチウムを１年間で消費することとな

る．この方法を用いた場合の臭素の回収率は，８２％と極める．燃料の自己充足性を保つには，この分のトリチウムを，て高い［６］．

リチウムの核変換により生産しなければならない．同時にその他にも需要の高いウランや金などの回収技術の研究

トリチウムに変換されて消費した分のリチウムを補充するが盛んに行われてきたが［７‐１０］，海水中のウラン濃度は必要がある．１個のリチウム原子は（１）式により発生した

3.3 μg/L であり，金については 0.03 ng/L とさらに低い．こ中性子との反応により，（３），（４）式に示すような核変換

れらの金属資源の回収は，大量に存在しているナトリウムを生じる．

（10780 mg/L）やマグネシウム（1280 mg/L）などにより阻

6
1
3Li + 0n7
1
3Li + 0n

→ 31T + 42He + 4.8 MeV（３）→ !#+ 31T + 42He−2.5 MeV（４）

害されるため，実用化には至らず，研究自体も下火になった［７］．
図２に，海水成分回収の経済性予測を示す．海水成分のT 反応は，吸熱反応であるた
ここで，（４）式の7Li !
!!
!""中で今後の回収技術開発の進展や市場価格の上昇次第でめ，反応にしきい値が存在する．トリチウム原子１個の反は，リチウム，ストロンチウム，ルビジウム，セシウム，モ

応により，１個の中性子が発生し，リチウム１個が核変換

表１で消費されて，１個のトリチウムが生産される．天然のリ
元素
Cl
Na
S
Mg
Ca
K
Br
C
N
Sr
B
Si
O
F
Ar
Li

チウムは１モルあたり，トリチウムの 6.941/3.016 倍の質量を持つため，１年間で 350 kg 程度のリチウムが消費されることになる．トリチウム経済の観点から，トリチウムを増殖するために Be 等の中性子増倍材の使用やリチウムの同位体比の調整などが検討されている．この場合，トリチウ
ム増殖率（Tritium breeding ratio: TBR）が係数としてかかり，現在 TBR は 1.1 程度である．そのため，年間 385 kg
程度のリチウムが，トリチウムを生産するために消費されることになる．さらに，リチウムの同位体の存在比は，6Liが7.4%, 7Liが92.6％であるため，6Liを濃縮したものを燃料増殖材として使用する場合には，上で評価した消費量の何倍ものリチウムが必要になる可能性がある．

２．海水からの様々な資源の回収
海水中には，様々な鉱物資源が溶存しており，その絶対７９６

海水中の主な元素とその平均濃度［４］．

平均濃度［mg/L］
19,36010,780
2,710
1,280
417
399
67
26
8.27
7.8
4.5
3.1
2.8
1.3
0.48
0.17

元素
Rb
P
I
Ba
Mo
U
V
As
Ni
Zn
Cs
Cr
Sb
Kr
Fe
Au

平均濃度［mg/L］
0.12
0.062
0.058
0.016
0.011
0.00320.002
0.00170.000470.000390.000310.000260.000240.000230.00016
0.03×10−6

Commentary

Recovery of Lithium from Seawater㍌ဳࠗࠝࡦ

105
AuᏒ႐ଔᩰ [䋥/kg]

104

A+

Pt

㉄

ࠕ࠻ࡓࡎ࡯࡞

Pd
Ta

103

In

Ge Re

Ga
W
Ag Hf
Te
Se Nb
Be Co
Zr
Ti
Sn
Bi

102

Rb

Cs

100

ᜂ૕
ടᾲಣℂ

Mo
V

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㉄ಣℂ
+

A

B

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U

Ni
Cr
Cu
Al Sb
Mn
Zn
Pb
Fe
⚻ᷣᕈ䈏ᚑ
䉍┙䈢䈭䈇

101

㧔 1㧕 ේ ᢱ ߩ ᷙ ว    㧔 2㧕 ㍌ ဳ ↢ ᚑ        㧔 3㧕 ࠗ ࠝ ࡦ ᛽ ಴⚻ᷣᕈ䈏ᚑ䉍┙䈧น⢻ᕈ䈅䉍

I

図３
Li

イオン形状記憶型吸着剤の合成法．

Mg
Br
Sr

てイオン欠陥を有する多孔結晶型の吸着剤を得ることがで

10-1
10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107

図２

K. Yoshizuka and M. Kondo

きる．得られた吸着剤は，そのイオンを記憶しているかのᶏ᳓ਛ䈱䉟䉥䊮Ớᐲ [mg/kg]

ように特異的な選択吸着性を示す［１１，１２］．リチウムイオ

海水成分回収の経済性予測（海水の科学と工業［４］を改良）．

ンはアルカリ金属の中でも最も小さなイオン半径（0.73Å）
を持ち，結晶格子内を比較的自由に動き回ることができる

リブデン，ウランなどのレアメタルの回収の可能性が出てため，合成は比較的容易であり，リチウ ム マ ン ガ ン 酸

くる．特に，海水中のリチウム濃度は平均 0.17 mg/L と比（LiMn2O4），リチウムチタン酸（Li2TiO3），リチウムアン

較的濃度が高いため経済性が成り立つ可能性が潜在しておチモン酸（LiSbO3），リチウムニオブ酸（LiNbO3）などをり，効率的な回収技術の開発が期待されている［８］．

前駆体としたリチウムイオン記憶型吸着剤が合成されてきた．リチウムチタン酸を酸処理することによって得られる

３．海水からのリチウム回収技術

酸化チタンは，リチウムイオンに対して高い選択性を有す

３．
１ リチウム吸着剤の開発

るが，吸着容量はマンガン酸化物の 20 ％以下と低いため吸着法は，固体吸着剤に目的物質を吸着させて回収する

実用化には問題がある．一方，斜方晶系のリチウムアンチ方法であり，海水中のリチウムのような希薄な資源を回収

モン酸を濃硝酸で酸処理することによって得られる単斜晶する場合，経済性，操作性，採取効率などの面から最も有系の酸化アンチモンは，地熱水からのリチウム吸着量は，望である．海水のような希薄資源からの回収に用いる吸着吸着剤 1 g あたり 20 mg に達するが［１３］，アンチモンは高剤としては，以下のような条件を満たす必要がある［８］．

い毒性を持っており，実用化には大きな壁がある．酸化チ① 大きな吸着容量

タン系，酸化アンチモン系吸着剤と比較して，スピネル型② 速い吸・脱着速度

酸化マンガン系吸着剤は，リチウム吸着能，選択性ともに③ 目的元素に対する高い選択性

高く，比較的原料も豊富に存在することから，実用化に最④ 繰り返し使用の耐久性も近い吸着剤として，多くの研究が行われてきた．

⑤ 簡単な大量製造方法

マンガンは立方最密充填した酸素原子間の八面体型空隙⑥ 安価の 1/2 を占め，リチウムは四面体型空隙の 1/8 を占めてい⑦ 原材料が豊富で，安定供給可能

る．この物質を塩酸によって処理し，リチウムを溶出してリチウム吸着剤としては有機系，無機系および有機無機もスピネル構造は保たれ（トポ化学反応），水素イオンでのハイブリッド吸着剤が提案されている．その中で，有機置換されたマンガン酸化物をリチウム吸着剤として用いる系吸着剤は一般的に，リチウム選択性や吸着容量が低いこことができる．様々なリチウム化合物とマンガン酸化物のとから，報告例がほとんどない．一方，無機吸着剤を用い原料からの固相反応法を用いて，海水から吸着剤 1 g あた

た海水やかん水，温泉水からのリチウム吸着に関する報告

り 40 mg 以上の高いリチウム吸着能を有する吸着剤の合成は数多く行われており，吸着剤の原料母体から，アルミニに成功している［１４］．我々のグループは，Mn3O4 と LiOH

ウム型，複合アンチモン型，層状化合物型，イオン形状記の混合粉体から溶融インターカレーション法を用いて，高憶型などに分類される［８，１１，１２］．これらの中でも特に，イ

いリチウム含有量を有する単一相の吸着剤の開発に成功し

オン形状記憶型吸着剤はリチウム吸着能と選択性が最も高た［１２］．

いことが明らかにされており，実用化への期待も高い．

一方で，酸化マンガン系吸着剤を用いた場合，酸を用いイオン形状記憶型吸着剤の合成は，二段階の反応によったリチウムの溶出の際にマンガンイオンが同時溶出する重て行われる（図３）．最初に無機化合物の中に溶 融イン

大な欠点がある．リチウムイオンの吸着・脱着プロセス

ターカレーション法によってターゲットイオンを挿入したは，酸化還元反応とイオン交換反応という二つの異なるメ

あと，焼結処理によって結晶化させることによってイオンカニズムが並列で進行し，リチウムイオンの吸着は酸化還が通過できるトンネルやイオン吸着サイトの層間距離を制

元サイトとイオン交換サイトの両方で起こる
［１５］
．これら

御した吸着剤の元（前駆体）ができる．これを，ターゲッのプロセスの中で，リチウムの吸・脱着に伴う酸化還元反トイオンの鋳型構造を保持したままでトンネル内や層間の応が，マンガンの溶出に関係していると考えられることか

吸・脱着可能なイオンをうまく取り除いてやることによっら，マンガンの溶出を抑え，吸着剤の耐久性を向上させる
７９７

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.87, No.12 December 2011

目的で，コバルト，マグネシウム，アルミニウムのような４．リチウム回収技術の工業化

異種金属ドープを試みた例もあるが，マンガンの溶出に対

４．
１ リチウムの吸着分離・濃縮プロセス
プラントスケールで，海水中の希薄資源を回収する装置

して大きな改善には至っていない［１６］．
３．
２ 吸着剤の造粒法の開発を設計するためには，以下のような要件が求められる．

海水から工業的規模でリチウムを採取するためには，大① 吸着剤と大量の海水を効率よく接触可能量の海水と効率よく接触させる必要がある．そのような処② 吸着剤の損失が少なく，繰り返し使用可能

理法のひとつとして粒状吸着剤を充填したカラムを用いた③ 海水の配管内の流動抵抗が小さい

回収法がある．カラム方式の場合，溶液を通液する際の圧④ 装置運転の所要エネルギーが少ない

力損失や，吸着剤の漏出，あるいは吸着剤を構成する金属⑤ 建設費が安価

元素の溶出を防止するために，造粒による吸着剤の粒状化⑥ メンテナンスが容易で維持経費が安価を行う必要がある．

⑦ 台風・高波などの災害に対しての安全性や操作安定性

一般に，吸着剤の造粒には，有機高分子バインダーと無特に，吸着法を用いて海水中のリチウムを実用的規模で回機高分子バインダーを用いる方法があるが，現在までに収する場合，優れた吸着剤の開発のみならず，①〜④に挙もっぱら，ポリ塩化ビニル，ポリアクリル酸ヒドラジド，

げた操作条件の最適化が最大の課題である．これらの要件

ポリアクリルアミドなどの有機高分子バインダーを用いたを満足する海水の供給方法や吸着剤と海水の接触方法の組

吸着剤の造粒が行われてきた［１１］．しかしながら，これら

み合わせとして，潮力・波力などの自然海流やポンプを利のバインダーで粒状化した吸着剤の機械的強度は乏しく，用した固定床方式，流動床・移動床方式が提案されている水溶液を通液する際に吸着剤の粒が崩れるなどの問題が頻［１１］．

発した．これらの問題を解決するために我々は，キチンを自然海流を利用する固定床方式は，実験室レベルの吸着主成分とするバインダーを開発した．キチンは，海洋甲殻装置が安価に建設でき，かつ，実証データが得やすいため類に含まれている機能性多糖類であり，すでに人工皮膚の研究によく用いられてきたが，海水中に存在する海水懸濁ような医療材料，健康食品などとしておなじみのものであ

物や微生物が吸着剤上や配管に付着して増殖し，流路が閉る．また，キチンは生分解性を持つことから，環境に対し塞しやすいといった問題がある．これを防止するため，海てほとんど無害であるという利点を持つ．さらに，キチン

水の限外ろ過や海水取水口でのオゾン処理などの対策が提は，弱アルカリ性である海水（pH=8.1）では不溶であるこ

案されているが，設備費が膨大となるため実用化は困難でと，他の有機高分子バインダーなどと比較しても高粘性である．
自然海流を利用した流動床・移動床方式としては，層間あり造粒効率も高いことなどから，海水のカラム処理には平行流吸着装置がある．これらの装置は， 座布団

最適物質といえる．

状の加えて我々は，アルミナ系およびシリカ系無機バイン

膜状吸着剤を海流中に曝し，海水中からリチウムを吸着分ダーを用いた造粒法の開発も行った．アルミナバインダー

離する．流動床・移動床方式の研究レベルでのリチウム回あるいはシリカバインダーで造粒した吸着剤は，アルミナ

収量は１０日間で 10 mg（リチウム）/g（吸着剤）に達してバインダーと調製したリチウム吸着剤と少量のイオン交換いるが，潮力・波力による自然海流を用いているため，稼水を混合させ，押し出し成型機で直径 1 mm のペレット状動状態が不安定になりやすい．また前述と同様に，海水懸にして焼成することにより調製できる．

濁物や微生物の増殖による吸着性能の急激な低下も発生し

図４にキチンバインダー，アルミナバインダーおよびシている．加えて，沿岸から離れて操業されるために，維持

リカバインダーにより造粒したマンガン系リチウム吸着剤

管理が困難であり，実用化には不向きであると結論されるの電子顕微鏡写真を示す．我々が造粒した吸着剤の粒径はに至っている．
一方，ポンプ流動床やポンプ固定床方式は，流動抵抗を

1〜2 mm であり，かつ，吸着剤を硬く高密度に粒状化する

小さくでき，かつ，安定した海水を供給できることから，ことができた．

比較的簡単に安定稼動することが可能である［１２］．また，沿岸に立地可能であることから維持管理も容易であり，現在最も実用化が有望な方式である．特に，火力発電所およびそのほかの工業用の冷却水としてポンプアップされた海水を二次利用することによって簡便に安定操業でき，か
1 mm

1 mm

つ，稼動コストの低減が可能となる．しかし，パイロット

1 mm

プラントレベルへスケールアップする場合の操作効率や，経済性評価，耐久性評価等について定量的に評価する必要があり，実用化にはまだ解決すべき課題が残っている．
20 µm

20 µm

４．
２ リチウムの吸着分離・濃縮プロセスのパフォーマンス

20 µm

我々は，佐賀大学海洋エネルギー研究センターにて，ࠠ࠴ࡦࡃࠗࡦ࠳࡯

図４

ࠕ ࡞ࡒ ࠽ ࡃ ࠗ ࡦ ࠳ ࡯ࠪ࡝ࠞࡃࠗࡦ࠳࡯

様々なバインダーで造粒した吸着剤の電子顕微鏡写真．

海水リチウム回収パイロットプラントを建設した［１２］．このパイロットプラントを用いて，伊万里湾の海水
７９８Commentary

Recovery of Lithium from Seawater

K. Yoshizuka and M. Kondo

中からのリチウム回収の実証試験を行い，回収プロセスのの中の 24 ％（＝192 g）が塩化リチウムと計算され，海水か評価，特に，スケールアップを行った場合のリチウムの回ら の リ チ ウ ム の 回 収 率 は 31 ％，リ チ ウ ム の 濃 縮 率

収効率について検討した．パイロットプラントのフローダは，８，１００倍に達した．固形物の中には，ナトリウム，カル

イアグラムと写真を，図５，図６，図７に示す．

シウムなどの海水由来成分は残存しているが，海水からの伊万里湾の海水を精密濾過ユニットに通して浮遊物など

濃縮率は低く抑えることができた．一方，吸着剤母体成分を取り除いた後，造粒した酸化マンガン系吸着剤を 60 kgであるマンガンの含有率は，1.6 wt％となっていた．この充填したカラムに１５０日間，816 m3 通液してリチウム吸着問題を解決するために，吸着剤を粒状化する際のバイン3操作を行った．吸着後，工業用淡水をカラムへ 1 m 通液しダーを適宜選択することによるマンガンの溶出抑制が，今て，海水の追い出しと洗浄を行った．リチウムの溶離は希後解決すべき課題である．さらに高純度な塩化リチウムを3

塩酸を 0.4 m 通液して行った．溶離液は，蒸発晶析ユニッ

選択的に回収するためには，共存イオンからの分離が大きトで晶析を行い，得られた沈殿物を全量回収し，さらに真な課題であるが，吸着工程とカラム洗浄工程の間にスクラ

空乾燥によって蒸発乾固物を得た．

ビング工程を導入することや，この回収プロセスの後段に

１
５０日 間 の 実 証 試 験 で の リ チ ウ ム 吸 着 操 作 で は，約更なる高純度化プロセスを組み合わせるなど今後解決すべ

600 m3 通液後に供給海水中のリチ ウ ム 濃 度 と 等 しくな

き課題も明らかになった．

り，吸着量が飽和に達した．図８に蒸発晶析後の固形物

現時点の評価として，例えば１００万kW級の発電プラント（自然に析出した固体）および濃縮液の様子を示す．濃縮液

１基における８０m3/s の海水（海水中のリチウム 濃度はをさらに蒸発乾固すると，合計で 792 g の固形物が得られた．この固形物の金属分析結果を表２に示した．
この実証試験では，792 g の蒸発乾固物が得られたが，こ図７

海水リチウム回収プラント（塩酸タンク側から望む）
．

表２ １
５
０日間の実証試験結果−得られた晶析物の組成（塩化物
換算）
［１
２］
．

図５

図６

元素
LiCl
NaCl
KCl
MgCl2
CaCl2
MnCl2
SrCl2

海水リチウムプラントのフローダイヤグラム．

海水リチウム回収プラント（吸着カラム）．

含有率［wt%］
24.3
24.5
17.8
2.3
21.6
4.7
6.0

濃縮率［倍］
8,100
0.3
5.1
0.2
6.6
−
150

海水中濃度［wt%］
0.003
78.1
3.5
14.3
3.26
n.q.
0.04

図８ １
５
０日間の実証試験後の蒸発晶析物．

７９９

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.87, No.12 December 2011

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0.17 mg/L）の２次利用を想定し，回収効率３１％で概算すると，１３３トン／年の規模でリチウムの回収が可能であると見積もられる．この評価から，核融合炉で使用するリチウムは十分に供給可能であると推測される．

おわりに四方を海で囲まれた我が国において，海水からの有価資源やエネルギー資源を如何に有効利用できるかは２１世紀の重要な課題である．その中でも海水中に存在しているレア
メタルの分離・回収は，資源のない我が国独自の鉱山を開拓する技術である．
我々のグループのパイロットプラントによる海水からのリチウム回収の実証試験により，きわめて希薄な海水中のリチウムをナトリウム等の阻害をほぼ抑制しながら回収可能であることが明らかになった．この吸着分離回収プロセ
スは，海水中のリチウムのみならず，地熱水，温泉水，工業排水などからの多くのレアメタルの資源確保を可能する技術でもある．現在設計研究が進められている核融合炉において，リチウムは燃料増殖材として必要不可欠である．
本回収技術を用いてリチウムを海水から回収することにより，核融合炉におけるリチウムの消費量を供給することができる見通しである．

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はる

北九州市立大学国際環境工学部 教授．主な研究分野：分離プロセス工学，特に金属を分離するプロセスの開発．炭酸リチウム
は医薬品（リーマス錠）としては「気分の浮き沈みをおさえる薬」としてうつ病の治療に使われている
らしく，リチウム資源の開発を専門とする者として，元気に
前向きにがモットーです．

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かず

こん

どう

まさ

とし

近 藤 正 聡東海大学工学部原子力工学科講師．東京，小石川出身．２
００
６年，東京工業大学原子核工学専攻博士課程を早期修了．博士（工学）．世界原子力大学，第一期フェロー．核融合科学研究所助教を経て，現職．専門は，液体金属工学お
よび溶融塩工学．原子力の化学工学に関する講義や液体金属を応用する研究の指導，原子力発電所の事故に関する教育に取り組んでいます．研究室ホームページ（http://www.ex.utokai.ac.jp/kondo/index.html）．

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よし吉 塚 和 治!!!!!!!!!!!!!!

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８００!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!