11月13日 つくば３Eフォーラム会議
震災を経て、つくばが未来の日本に貢献できること
未来に寄与するつくばの研究開発

天然鉱物等の無機材料を利用した除染技術

山田裕久
環境再生材料ユニット（独）物質 材料研究機構（独）物質・材料研究機構

福島第一原発事故• 歴史上、最大強度の地震• １０ｍ以上の津波による破壊

2011 Google, GeoEye

事故により発生した厄介もの介
大量に放出された放射性核種
大量の汚染瓦礫メルトダウンした燃料(1 3号機）
メルトダウンした燃料(1‐3号機）
使用済み燃料（4号機）
高濃度に汚染された冷却水

福島第一原発3号機(3/23)

汚染水浄化システム
ー汚染水からのCsの除去を念頭に置いたシステムー
染水から除去を念た

SARRY（東芝製）
合成ゼオライトチタンケイ酸塩

米キ リオン
米キュリオン

仏アレバ

米キュリオン、仏アレバの二米キ
リオン 仏アレバの二つの装置を直列につないだ
浄化と、サリーによる浄化の２系統を 並行して運転の２系統を、並行して運転

http://www.tokyo‐np.co.jp/article/feature/nucerror/list/CK2011061002100010.htm

周辺環境に放出された主な放射性核種
131I (半減期 : 8.048 04 日)
137Cs (半減期 : 30.2 年)
134Cs (半減期: 2.1年)
90Sr (半減期 : 28.8年)
28 8年)

土地（田んぼ・畑・果樹園など）、森林、水、建物、道路等が汚染
半減期の10倍の時間が経過すると1/1000

対処しなければならない事• 多様な対象物と多様な状況に応じた放射性多様な対象物と多様な状況に応じた放射性Cs
Csの除の除去・回収が必要であり回収が必要であり、、そのための除去材や回収材の早急な検討が希求。の早急な検討が希求。
• 作業から必ず発生する放射性廃棄物の処分のことも念頭において除染や回収が実施される仕組みの構築も必要。
構築も必要。
• 除染作業で発生する放射性廃棄物は除染作業で発生する放射性廃棄物は、、福島第一原
発内や周辺に散在する瓦礫、発内や周辺 散在する瓦礫、メルトダウンした燃料
発内や周辺に散在する瓦礫
メ トダウ
た燃料
、 原子炉やその建屋も含めて原子炉やその建屋も含めて2011
2011年
年 3 月 1111日まで日まで想定し想定していなかった放射性廃棄物であり想定していなかった放射性廃棄物であり、なか た放射性廃棄物 あり、廃棄物や処理・処理・処分の新しい枠組みの構築も必須

農地土壌等における放射性物質除去技術の開発の概要○ 原発事故収束後に農業者が営農を再開できるよう放射能で汚染された農地等の浄化に向けた取組が喫緊の課題。
○ 環境中の放射性物質の回収・除去技術を開発・実証し、現場での農地除染対策として適用できる除染技術体系を緊
環境中の放射性物質の回収 除去技術を開発 実証し 現場での農地除染対策として適用できる除染技術体系を緊急に確立する。既に大量に環境中に飛散しているにもかかわらず、半減期が長く、経時による減少が見込めない放射性セシウムを主たる対象として研究を行う。
ラボ（既に実施中）
農業環境技術研究所
・サンプリング土壌によるセシウムの溶出試験

農研機構
・水田および畑の条件に応じた効率的な表土除去手法の検討

産業技術総合研究所
・農地・農業用水に適したプ
農地 農業用水に適したプ
ルシアンブルーの組成、形状及びその加工法の検討

物質材料研究機構
・天然鉱石によるセシウムの選択的吸着機能の調査

日本原子力研究開発機構
・吸着素材、植物・土壌残渣からの元素選択的な捕集・精製分離による廃棄物集精製分離による廃棄物低減化技術の開発

各県の農業試験場
・農作物・土壌の分析＜原発事故収束の工程表＞

現地圃場等における実証研究 （５～８月）
月）

大規模な事業展開へ

責任主体：農林水産省農林水産技術会議事務局【研究目的】
以下の除染技術を組み合わせ、事業に用いる農地土壌等除染技術体系を確立する。
（確立する技術体系の例①：代かき後の強制落水→プルシアンブルー等吸着剤を用いた排水中の 吸着 吸着後の放射性物質の安全な処理 例② 芝の栽培 収穫によた排水中のＣｓ吸着→吸着後の放射性物質の安全な処理、例②：芝の栽培、収穫による表層土の剥離→剥離後の土壌及び収穫物残渣の安全な処理）【研究内容】農地土壌等における各種除染技術（物理的・化学的・生物学的除染）①代かき後の強制落水による表層土除去と土砂の捕捉②表層土剥離のための農業用機械の開発と土壌の処理方法の確立及び反転耕による汚染低減③除去後の残渣処理④カリウム等の施用による、放射性セシウムの農産物への移行低減栽培技術の開発⑤天然鉱物等の無機材料を利用した環境からの放射性物質回収・除去技術等の開発⑥プルシアンブルーを利用した環境からの放射性物質回収・除去技術等の開発⑦高分子捕集材を利用した環境からの放射性物質回収・除去技術等の開発⑧放射性物質を吸収するキク科植物、微細藻類を用いた浄化、回収技術の開発

予算措置は別途検討
適用地域○計画的避難区域（ ○未耕作の緊急時避難準備区域）（ ○警戒区域 ほか）※警戒区域、計画的避難区域、緊急時避難準備 域 含まれる急時避難準備区域に含まれる12市町村の農地面積は２万６千ha）実証する圃場：計画的避難区域内の水田 1.5ha（５箇所）、 畑 1.5ha（５箇所） ほか
なお、戦略推進費での対応は、８月までに成果が得られるものに限定。それ以外の必要な実証研究、例えば、以下のものは農林水産省が実施する。
●加工・調理による食品中の放射性物質低減技術の開発
NIMS担当●放射性物質の簡易検知技術の開発●放射性セシウムの畜産物への移行低減飼養技術の開発●きのこ菌床栽培における移行低減技術の開発●アブラナ科植物、大型藻類及び担子菌類等を用いた浄化技術（ﾌｧｲﾄﾚﾒﾃﾞｨｴｰｼｮﾝ）の開発●吸収後の植物残渣のエネルギー化●吸収後の植物残渣のエネルギ
化 等

ステップ１

６～９か月

３か月
放射性物質放出の大幅な減少

ステップ２

冷温停止

7

②化学的除染
・天然鉱物等の無機材料を利用した環境からの放射性物質回収・除去技術等の開発

フィールド検証に使用する吸着剤とその使用法・形態を提案

化学的除染JAEA
除染性能評価(ホット試験等）NIMS
放射性物質回収・除去技術等開発
・ミクロポーラス材料（ゼオライト系材料）
・高秩序メゾポーラス材料
・総まとめ・フィールド検証へ

NIMSの方針・指揮下での各種吸着剤の基礎特性データ収集
農地土壌を想定した環境下（各種土壌成分の濃度、水分量、温度範囲、ｐＨ等）でのセシウム等の元素の吸着・除去特性を計測（適材適所の探索）

北海道大学

岩手大学

金沢工業大学

島根大学

国際農林水産業研究センター
国際農林水産業研究センタ
電力中央研究所

首都大学東京宮崎大学

東京工業大学

産業技術総合研究所

な 天然鉱物
なぜ天然鉱物か？
46億年の地球史で検証された「最も環境負荷の小さい自然の完璧な循環 高い機能」をサイエンスとして観
自然の完璧な循環・高い機能」をサイエンスとして観、環境再生材料の要素技術の一つとして、地球を構成する主要な岩石鉱物（ジオマテリアル）およびその仕組みを模倣・技術化・利用することにより、超低環境負荷 高機能性材料の設計 開発を行う
荷・高機能性材料の設計・開発を行う。

自然に学ぶ材料開発
自然には、人間の力を借りずとも浄化されているケースが数多く存在する。自然から効率の良い浄化法を学び、様々な環境条件で適応可能な環境浄化資材を開発する。

Ｃｓを含む天然鉱物

ポルックス石(Pollucite)
沸石グ
沸石グループの鉱物
鉱物
1846年に発見された、セシウムを多く含む最初の鉱物
方沸石(Analcime)のナトリウムをセシ()ウムで置換したものに相当(Cs,Na)(Al,Si)2O6・nH2O
茨城県久慈郡里美村妙見山に産出

リチア雲母(Lepidolite)(K, Cs)(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2
茨城県久慈郡里美村妙見山に産出

ゼオライト（zeolite）とはゼオライトの語源は、1758年にスエーデンの鉱物学者Cronstedtが透明な鉱物を加熱したところ沸騰したことから、ギリシャ語のzeo=boilとlite=stoneを意味する言葉を合成したことにはじまる。日本でもこの語源に従って「沸石」と呼ばれている。

Cs SｒCs,天然でのスメクタイトの産状
然産状スメクタイト
膨潤性粘土鉱物のグル プ名
膨潤性粘土鉱物のグループ名
英語名：石鹸（soap）を意味する
ギリシア語に由来

海底・湖底に堆積した火山灰や溶岩に、ある程度の温度や圧力が数千万年という長い期が数間にわたって加えられたことで、分子レベルでの構造変化が生じ、鉱物集合体であるベントナ
イトは生成される。

山形県

宮城県

クニミネ工業株式会社 HPより

スメクタイト粘土鉱物（１）微粒子（２）可塑性（３）焼結固結性
層状の結晶構造をもつケイ酸塩鉱物

Cs, Sｒ

陽イオン交換能・固着能
膨潤性、インターカレーション能 、有機物親和性・吸着能、高比表面積性

土木・建設工業用材料
放射性廃棄物処分場の緩衝材としての利用受け⼊れ施設⽴坑
処分トンネル

ガラス固化体ｵｰﾊﾞｰﾊﾟｯｸ

キャ⼆スター
岩盤

緩衝材
多重バリアシステム

緩衝材 埋め戻し材

⼈⼯バリア
バ＋
天然バリア

⾼レベル廃棄物処分システム基本概念図
⾼レベル
廃棄物処分システム基本概念図
佐藤務 （2001） 粘土科学、41、26-33粘土科学 41 26 33

バリヤ材料としてベントナイト：
自己シールド性・応力緩衝性・有害物質などの吸着性シュベルトマナイト
Fe8O8(OH)6SO4・nH2O

群⾺県⻄之牧休廃⽌鉱⼭(酸性、⾼硫酸濃度）

ｼ ﾞﾙﾄ ﾅｲﾄ
ｼｭﾍﾞﾙﾄﾏﾅｲﾄ

鶏冠石（ realger ）AsS
佐藤 努 教授（北海道大学大学院工学研究院）より

島根県 銅ヶ丸鉱山跡
江津市の中心部東方約35ｋｍ
石見銀山東方約20ｋｍ
鉱石鉱物：黄銅鉱（CuFeS2)、閃亜鉛鉱（閃亜鉛鉱（ZnS））
鉱山廃水(弱酸性)
Zn2+, Cu2+, Al3+, SO42-

ヨウ素陰イオン

河川水
雨水
中和

Mg6Al2(OH) 16CO3・4H2O
陰イオン吸着能を有する天然鉱物

層状複水酸化物沈積佐藤 努 教授（北海道大学大学院工学研究院）より

天然鉱物等の無機材料を利用した除染技術
モルデナイト、スメクタイトなどの天然鉱物および高秩序メゾポーラス材料：Csの選択的回収・除去II

モルデナイトシュベルトナマイト

スメクタイト

メゾポーラス材料

層状複水酸化物

ゼオライト
ナノポーラス材料
炭化物

鉄水酸化物
磁性体マグネタイト

層状ケイ酸塩系
粘土鉱物

表面修飾Si系
メゾポーラス材料

金属水酸化物

農地土壌を想定した環境下（各種土壌成分の濃度、水分量、温度範囲、ｐＨ等）でのセシウム等の元素の吸着・除去特性を計測

形状制御・複合化などによる様々な回収・除去システムへ適用

植物への吸収阻害
植物の吸収阻害

農業排水浄化

シート状・繊維状・ビーズ状など
磁気回収可能システムなど

土壌等の環境中放射性セシウム対策に貢献

農業用水浄化ご清聴ありがとうございました