Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
ムも浸出される。また、インジウム浸出量は、固液混合比を $ 100\ kg/m^{3} $ から $ 200\ kg/m^{3} $ まで増加させた場合でも、0.31 mg/g-FPD で一定値を示した。この値は、濃 HCl 溶液を用いて測定した FPD 試料のインジウム全含有量と一致する。したがって、固液混合比が $ 200\ kg/m^{3} $ と高い条件下でも、FPD 試料からインジウムをほぼ完全に 5 min の短時間で水熱浸出できることがわかった。

マイルドな水熱操作条件下（120℃、0.198 MPa）において、FPD 試料からのインジウム浸出率に及ぼす HCl 濃度の影響を固液混合比 100 kg/m³において調べた（Fig. 20）。浸出液の初期 HCl 濃度を 25-100 mol/m³ の範囲内で変化させた場合には、すべての浸出条件においてスズ(IV)は検出されず、スズに対してインジウムは選択的に浸出されることが確認できた。ただし、インジウムの他に、アルミニウムやストロンチウムも浸出された。初期 HCl 濃度が 25 mol/m³ から 80 mol/m³ に増加するに伴い、各金属（インジウム、アルミニウム、ストロンチウム）の浸出量は上昇した。初期 HCl 濃度が 80 mol/m³ 以上の場合には、インジウム浸出量は FPD 試料 1 g あたり 0.31 mg となり、FPD 試料のインジウム含有量に相当する値を示した。初期 HCl 濃度が 80 mol/m³ 以上に増加するに伴って、アルミニウムの浸出量が上昇した。したがって、FPD 試料の水熱浸出操作において、最適な初期 HCl 濃度は 80 - 100 mol/m³ であると結論づけられる。
Fig. 19 FPD 試料の水熱浸出（120°C、0.198 MPa）における固液混合比（パルプ濃度）の影響（操作時間：5 min、初期 HCl 濃度：100 mol/m³）(●) アルミニウム、(△) ストロンチウム、(■) インジウム、(▽) スズ.
Fig. 20 FPD 試料の水熱浸出（120°C、0.198 MPa）における初期 HCl 濃度の影響（操作時間：5 min、固液混合比：100 kg/m³）.

(●)アルミニウム、(▲)ストロンチウム、(■)インジウム、(◆)スズ.
### 5 －2. FPD 浸出液からのインジウムの選択的収着

上述したように、 $ InCl_{3}-AlCl_{3} $ 二成分金属混合溶液系において、インジウム(III)の選択的収着が達成できる pH 領域が pH 2.4-2.7 であった。したがって、希薄 HCl 水溶液による FPD 浸出液に対して NaOH 水溶液を添加し、FPD 浸出液の pH 値を pH 2.6 に調整した。この pH 調整後の FPD 浸出液の各種金属濃度を Table 2 に示す。この FPD 浸出液（初期インジウム濃度：4.6 ppm）に S. algae 細胞を接種し、細胞濃度 $ 6.7\times10^{15} $ cells/m $ ^{3} $ の条件下で各金属（インジウム、アルミニウム）収着率の平衡値を測定した。Table 2 に示すように、アルミニウム(III)イオンの収着率を 4.8 % に抑制して、70%の高い収着率でインジウム(III)イオンを S. algae 細胞に収着分離することができた。

Table 2 FPD 浸出液におけるインジウム(III)およびアルミニウム(III)のバイオ収着（溶液 pH 2.6、S. algae 細胞濃度 $ 6.7 \times 10^{15} $ cells/m $ ^{3} $ ）

In	Al	Sn
Metal concentration In FPD leach solution (ppm)	4.6	11.6	0.0
Metal biosorption (%)	70	4.8	-
FPD 浸出液(初期インジウム濃度 40.2 ppm)を対象に、細胞濃度 $ 6.7 \times 10^{15} \, cells/m^{3} $ の条件下で、各種の金属イオン（インジウム、アルミニウム、ストロンチウム）の収着率の平衡値に及ぼす溶液 pH の影響を調べた（Fig. 21）。液相 pH 2.58 - 2.85 の範囲において、アルミニウム(III)イオンおよびストロンチウム(II)イオンに比べて、インジウム(III)イオンの収着が優先的に起こった。特に液相 pH 2.63 の場合には、アルミニウム(III)イオンやストロンチウム(II)のイオン収着を完全に抑制して、インジウム(III)のみを選択的に 56% 収着できることがわかった。したがって、液相 pH を操作することにより、FPD 浸出液からインジウム(III)のみを選択的に分離・回収できることが明らかになった。

FPD 浸出液 (初期インジウム濃度 40.2 ppm) を対象に、溶液 pH 2.6 の条件下で、各種の金属イオン（インジウム、アルミニウム、ストロンチウム）の収着平衡に及ぼす細胞濃度の影響を調べた（Fig. 22）。細胞濃度を $ 0.5 \times 10^{16} $ から $ 5.0 \times 10^{16} $ cells/m $ ^{3} $ に増加させることに伴い、インジウム収着率が 14 % から 71 % まで上昇した。しかし、細胞濃度の最大値 $ 5.0 \times 10^{16} $ cells/m $ ^{3} $ の場合には、アルミニウム収着率が 11 %、ストロンチウム収着率が 1 % になった。高い細胞濃度におけるアルミニウムおよびストロンチウムの収着は、インジウムの選択的収着によって液相インジウム濃度が大きく減少した結果、液相に占めるアルミニウム、ストロンチウムの相対濃度が増加したことが要因だと考えられる。したがって、細胞濃度が $ 2.4 \times 10^{16} $ cells/m $ ^{3} $ の場合に、インジウム(III)だけが選択的に収着され、インジウム収着率は 54 % になることがわかった。

以上のように、希薄HCl水溶液によるFPD試料の水熱浸出液を対象に、溶液 pH 2.6 の条件下で、インジウム(III)イオンを高い選択率で S. algae 細胞に収着分離できることが結論として得られた。
Fig. 21 FPD 浸出液からの各種金属イオン収着率に及ぼす液相 pH の影響 (細胞濃度 $ 6.7 \times 10^{15} $ cells/m $ ^{3} $ 、収着操作時間 120 min). (■)インジウム、(●)アルミニウム、(▲)ストロンチウム.
Fig. 22 FPD 浸出液からの各種金属イオン収着率に及ぼす細胞濃度の影響 (溶液 pH 2.6、収着操作時間 120 min).

(■)インジウム、(●)アルミニウム、(▲)ストロンチウム.
## 5 －3．微生物細胞からのインジウムの濃縮・回収

FPD浸出液から微生物細胞に収着分離されたインジウムを、高効率かつ経済的に回収する最善の方法として、インジウム含有細胞の乾燥処理法について検討した。Fig. 23 は、本研究で提案する濃縮処理フローの概略を示したものである。このインジウム含有細胞の濃縮操作を、FPD浸出液（初期インジウム濃度 40.2 ppm）に対してインジウムを選択的に収着したS. algae 細胞（収着率 54%）に対して実施した。

Fig. 23に示すように、FPD浸出液からインジウム含有細胞を遠心分離し、収穫した湿潤細胞を乾燥処理（50℃，12 h）した。この場合、S. algae 細胞に収着分離されたインジウム(III)量は液相インジウム(III)濃度の減少量から、物質収支によって算出した。その結果、乾燥菌体1.0 g あたりのインジウム含有量が10.5 mgであった。乾燥細胞インジウム濃度は1.05 wt%になる。FPD浸出液の初期インジウム(III)濃度が40.2 ppmであったことから、S. algae 細胞によるインジウム(III)イオンの収着操作および湿潤細胞の乾燥操作（50℃，12 h）によって、インジウム濃縮率が256倍に増加した濃縮物が回収できることがわかった。さらに、インジウム含有細胞自体を減量することができれば、インジウム濃縮率をさらに増大させることができる。
Fig. 23 FPD浸出液から収着分離されたインジウムの濃縮処理フロー
### 6. 工場廃液からのインジウムのバイオ利用回収

工場廃液（企業から試料提供）からのインジウム（Ⅲ）の収着実験を行い、実在のインジウム含有廃液に対するバイオ回収の適用可能性について検討した。

廃廃液B に対してバイオ収着実験を行った結果をFig. 24に示す。初期インジウム濃度が2.2から0.5 mol/m³に減少するに伴い、インジウム収着率は増加した。スズも細胞内に収着・分離されており、その収着率はインジウムよりも高いことがわかる。インジウムとスズの収着率の違いを利用して、両者を相互分離できる可能性が示唆された。

Table 3 は、S. algae 単位細胞数あたりのインジウムの収着量を、実廃液Bと模擬廃液（ $ InCl_{3}-SnCl_{4} $ 混合溶液系）において比較した結果を示すものである。初期インジウム濃度が0.5、1.0 mol/m³の両条件において、単位細胞数あたりのインジウム収着量は模擬廃液の方が実廃液よりも高いことがわかる。これは、廃液に含まれる異種金属または共存物質などの影響によるものと考えられる。

異種の金属イオンや共存物質による悪影響を緩和する方法として、廃廃液Bを水で希釈してバイオ収着実験を行った結果をFig. 25に示す。初期インジウム濃度を0.1 mol/m³（原液の約40倍希釈）とした場合には、液相中のインジウムを84%収着できることが確認された。さらに、廃液からのバイオ収着実験においても、インジウムの収着は迅速に進行しており、カラム実験などの連続処理での収着も期待できる。
Fig. 24 S. algae 細胞によるln(III)イオン、Sn(II)イオンの回収（実廃液B） 細胞接種（1.4 × 10^{16} cells/m^{3}）: (▼) In: 2.2 mol/m^{3}, Sn: 0.53 mol/m^{3}, pH 0.54; (■) In: 1.0 mol/m^{3}, Sn: 0.27 mol/m^{3}, pH 0.88; (●) In: 0.5 mol/m^{3}, Sn: 0.15 mol/m^{3}, pH 1.17. 無菌対照 : (∇)(□)(○)
Table 3 実廃液Bと模擬廃液に対するインジウム収着量の比較

初期In濃度[mM]	In回収率[%]	細胞濃度×10^{-15}[cells/m^{3}]	単位細胞当たりのIn回収量×10^{15}[mmol/cell]
In模擬廃液	0.45	67	8	38
In実廃液B	0.50	42	14	15
In模擬廃液	1.00	25	15	17
In実廃液B	1.00	20	14	14

Fig. 25 S. algae 細胞によるIn(III)イオンの回収（実廃液B）

(●) 细胞濃度 $ 1.4 \times 10^{16} $ cells/m $ ^{3} $ , (○) 無菌
工場廃液（初期インジウム濃度 $ 0.17 \, mol/m^{3} $ ，初期スズ濃度 $ 0.028 \, mol/m^{3} $ ）を対象に、インジウム収着率に及ぼす細胞濃度の影響を調べた。Fig. 24 に示すように、工場廃液に接種する細胞濃度を $ 0.76 \times 10^{16} \, cells/m^{3} $ から $ 2.3 \times 10^{16} \, cells/m^{3} $ に高めたことによって、インジウム収着率（平衡値）は 56％から 77％に増加した。

インジウム含有量が異なる各種工場廃液に対して、Fig. 25に示すように、S. algae 細胞および S. oneidensis 細胞によるインジウム収着率が50～77％となった。工場廃液を対象にしても、Shewanella 属細菌を用いてインジウムを迅速に、高効率で回収できることが明らかになり、本バイオ分離・濃縮法の有効性が確認できた。

Fig. 26 S. algae 細胞による工場廃液（pH 1.25）からのインジウム収着 (●) 細胞濃度 $ 2.3 \times 10^{16} $ cells/m $ ^{3} $ , (■) 細胞濃度 $ 1.1 \times 10^{16} $ cells/m $ ^{3} $ ,

$$ 0.76\times10^{16}cells/m^{3} $$
Fig. 27 S. algae 細胞および S. oneidensis 細胞による工場廃液からのインジウムの収着・回収
### 7. リサイクル技術としての特徴と課題

使用済み FPD の浸出液、また FPD 製造工場で発生するエッチング廃液を対象に開発された従来型インジウム回収プロセスの工程フローを Fig. 28 に示す。2005 年にシャープ（株）が、HCl 溶液による FPD 浸出液に対して、イオン交換樹脂を用いる吸着・脱着法を開発した $ ^{3,4} $ 。その後、（株）神鋼環境ソリューションは、ITO エッチング模擬廃液に金属粒子（アルミウム、亜鉛）を添加し、金属のイオン化傾向の差を利用してインジウム塊（スズ含有）を析出させるセメンテーション法を開発している $ ^{19} $ 。これら従来法には、希薄溶液からの効率的なインジウム回収、インジウム回収プロセスとしての経済性、その下流工程における廃水処理の必要性など、課題が残されている。

Shewanella 属細菌を利用するバイオ収着分離・回収法には、i）従来技術に比べて環境負荷が小さく、エネルギーと物質の消費量を大幅に削減できる点、ii）希薄溶液（10～100 ppm）を対象に、回分操作では10分以内で、インジウムが微生物細胞内に分離・濃縮できる点、iii）インジウム含有細胞の乾燥（50℃、12h）によって簡便に濃縮物（インジウム含有率4%）として回収でき、その濃縮度は出発溶液（57 ppm）に対して約700倍にも達する点に特長がある。さらに、使用済みFPD試料に対して、100 mol/m³ HCl溶液を用いる水熱浸出法（120℃、0.198 MPa、5 min）を適用することによって、スズ(IV)を溶出させずに、インジウム(III)を液相に100%浸出できる点については、浸出法としての特長となる。このFPD浸出液を最適pH領域（pH 2.6）に調整することにより、アルミニウム(III)イオン等の共存イオンの収着を抑制して、インジウム(III)イオンを選択的にS. algae細胞に収着分離・濃縮できる点については、実廃水に対する分離・回収法としての特長になる。
Fig. 28 使用済みFPDの浸出液、FPD製造工場で発生するエッチング廃液に対する従来型インジウム回収の従来型プロセス（2005年以降開発の従来技術）
## 結論

平成21年度から平成23年度までの3年間における研究成果を以下に示す。

1）グラム陰性細菌S. algaeを用いて、希薄溶液（0.08-0.9 mol/m³）中のインジウムが、迅速に（30分以内の回分操作）、細菌細胞内に高効率で吸着分離できることを見出した。また、嫌気培養したShewanella属細菌に比べて、好気培養したShewanella属細菌は、効率よくインジウムを分離・濃縮できることがわかった。

2）微生物に収着分離されたインジウムを高効率、経済的に回収する最善の方法として、インジウム含有細胞の乾燥法（湿潤細胞を50°C, 12 h 乾燥器内に静置）、焼成法（750°Cでの焼成）を選定した。本実験条件下では、インジウム含有細胞の乾燥処理によって、インジウム含有率は5.3%（乾燥細胞の質量基準）となり、出発溶液（0.9 mol/m³ = 100 ppm）に対するインジウム濃縮率は530倍に達した。さらに、焼成処理によってインジウム含有率60%の濃縮物、出発溶液に対するインジウム濃縮率6000倍が得られた。

3）S. algae 細胞が収着剤として有効に作用する pH 領域は金属イオン種によって異なり、スズ(IV)イオンでは溶液 pH 0.9-1.4、インジウム(III)イオンでは pH 2.3-3.5、アルミニウム(III)イオンでは pH 2.9-4.3 であることを示した。

4）使用済み FPD 試料に対して、初期濃度 $ 100\ mol/m^{3} $ の希薄 HCl 水溶液を用いる水熱浸出法（ $ 120^{\circ}C $ 、 $ 0.198\ MPa $ 、 $ 5\ min $ ）を適用することによって、スズ(IV)を溶出させずに、インジウム(III)を液相に 100% 浸出できることを示した。さらに、FPD 浸出液を最適 pH 領域（pH 2.6）に調整することにより、アルミニウム(III)イオンの吸着を抑制して、インジウム(III)イオンを選択的に S. algae 細胞に吸着分離できる操作条件を確立した。
5）工場廃液（企業提供）を対象に、S. algae 細胞によるインジウム回収率が10分で50～77％となり、本バイオ収着分離法の有効性が明らかになった。

6）インジウム含有溶液の大量処理を目的として、小型試験装置（攪拌槽型）を連続方式（InCl_{3}溶液・S.algae細胞を連続供給・排出）で操作し、バイオ収着試験を行った。その結果、供給液InCl_{3}濃度を50 ppm、pH 3.6、細胞濃度7.0×10^{15} cells/m^{3}に設定した場合、平均滞留時間を48 minから1 minに減少させてもインジウム回収率（定常状態）は66％と一定値を示し、インジウム回収速度が最大値2.2 kg/(h·m^{3})となり、高効率バイオ回収を達成することができた。

7）これまでに得られた全の研究成果を踏まえて、使用済み FPD 等からのバイオ利用インジウム回収システムを提案し、その有効性を示した。
## 参考文献

1) H. Matuzaka: Rare Metal Handbook 2009, (Kinzoku Jihyo, 2009) pp.22-27.

2) http://www.jogmec.go.jp/mric_web/jouhou/material_flow_frame.html#2009

3) T. Honma and T. Muratani: Sharp Gihoh 92(2005) 17-22.

4) M. Tsujiguchi and H. Doi: Haikibutu Shigen Junkan Gakkaishi 20(2009) 77-84.

5) K. inoue, M. Nishiura H. Kawakita, K. Ohto and H. Harada: Kagaku Kogaku Ronbunshu 34(2008) 282-286.

6) S. Schiewer and B. Volesky: Biosorption Processes for Heavy Metal Removal, (Environmental Microbe-Metal interactions, D.R. Lovley (ed.), ASM Press, Washington, D.C., 2000) pp. 329-362.

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8) J. Cui and L. Zhang: J. Hazard. Mater. 158(2008) 228-256.

9) V.R. Phoenix, A.A. Korenevsky, F.G. Ferris, Y.A. Gorby and T.J. Beveridge: Current Microbiol. 55(2007) 152-157.

10) J.R. Lloyd and L.E. Macaskie: Adv. Appl. Microbiol. 53(2003) 85-128.

11) Y. Konishi, T. Tsukiyama, K. Ohno, N. Saitoh, T. Nomura and S. Nagamine: Hydrometallurgy 81(2006) 24-29.

12) Y. Konishi, K. Ohno, N. Saitoh, T. Nomura, S. Nagamine, H. Hishida, Y. Takahashi and T. Uruga: J. Biotechnol. 128(2007) 648-653.

13) Y. Konishi, T. Tsukiyama, N. Saitoh, T. Nomura, S. Nagamine, Y. Takahashi and T. Uruga: J. Biosci. Bioeng. 103(2007) 568-571.

14) Y. Konishi, T. Tsukiyama, T. Tachimin. Saitoh, T. Nomura and S. Nagamine: Electrochimica Acta 53(2007) 186-192.
15) K. Tamaokin. Saito, T. Ogi, T. Nomura and Y. Konishi: Kagaku Kogaku Ronbunshu 36(2010) 288-292.

16) J. F. Caccavo, R. P. Blakemore and D. R. Loveley: Appl. Environ. Microbiol., 58 (1992) 3211-3216.

17) R.M. Smith and A.E. Martell: Critical Stability Constants, Vol.4, inorganic Complexes (Plenum Press, New York, 1976), pp.11, pp.110.

18) http://www.chemtex.co.jp/seihin/ion/usage/usage03.php

19）前背戸智晴，インジウムの回収方法とその装置，公開番号特開 2008-208396 (P2008-208396A)
## 英語概要

研究課題名

「An Environmentally Friendly Wet-Recovery of Indium from Electronic Scraps Using Microorganisms」

研究代表者名及び所属

Yasuhiro Konishi

Department of Chemical Engineering, Osaka Prefecture University

研究分担者名及び所属

Takashi Ogi

Department of Chemical Engineering, Hiroshima University

• 要旨（200語程度）

Microbial adsorption of soluble indium(III) was successfully achieved at room temperature over the pH range 2.3 to 3.5, using the gram-negative bacterium Shewanella algae. The microbial uptake of indium by the resting cells of S. algae was a fast process: 10-100 ppm indium(III) ions were completely collected into the bacterial cells within 30 min. The pH value and the cell concentration in aqueous indium(III) solutions had a significant effect on the adsorption fraction of soluble indium(III). The adsorption capacity of S. algae cells was determined as $ 41 \pm 2 $ mg-In/g-dry cells, indicating that the 100 ppm aqueous InCl_{3} solution was concentrated up to 530 times by the microbial
adsorption. Furthermore, firing the dried cells produced powder with an indium content greater than 60%.

When S. algae cells were added to real waste liquors (etching wastes), only 10 min was slightly required to recover 50-77 % of the soluble indium(III) in the bacterial cells. For microbial recovery of indium from waste flat panel display (FPD), moreover, S. algae cells were able to collect selectively soluble indium(III) by adjusting the pH of the FPD leachate to pH 2.6-2.8, after indium leaching from spent FPD with dilute HCl solution under hydrothermal conditions (120°C, 0.198 MPa, 5 min).

## ・キーワード

indium, electronic scraps, microbial recovery, biosorption, Shewanella algae
## 研究発表

### 1. 学術論文

■東あるみ，齋藤範三，荻 崇，小西康裕，“バイオ収着によるインジウムの回収と使用済み液晶パネル資源化への応用”，日本金属学会誌,75,11,620-625(2011).

T. Ogi, K. Tamaoki, N. Saitoh, A. Higashi and Y. Konishi, “Recovery of indium from aqueous solutions by the Gram-negative bacterium Shewanella algae”, Biochemical Engineering Journal, 63, 129-133 (2012).

### 2. 学術著書

■小西康裕，東あるみ（分担執筆），“リサイクル・廃棄物事典”，産業調査会，インジウムのバイオ利用回収，440-441 (2012).

### 3. 解說

■荻 崇, 小西康裕, “微生物を用いたインジウムの回収”, ケミカルエンジニヤリング, 55, 5, 40-45 (2010).

■小西康裕，“生物を利用したレアメタルのリサイクル”，科学と工業，84，8，319-324 (2010).

■小西康裕，“微生物を利用するレアメタルの資源循環システム”，産業と環境，40，3,69-72(2011).

■小西康裕，“微生物を利用したレアメタル等の環境調和型回収方法”，自動車技術，65, 11, 95-100 (2011).

■小西康裕，“微生物を利用した希少金属の回収技術を目指して”，コンバーテック，40, 3, 79-83 (2012).
### 4. 学術講演発表

■小西康裕，“微生物機能を活用する有用金属の回収，リサイクル”,日本真空協会関西支部&日本表面科学会関西支部合同セミナー2009（2009年7月，神戸）.

■小西康裕，“バイオ技術によるレアメタル（インジウム，白金族元素）の分離・濃縮・加工”,JST大阪府立大学新技術説明会（2009年7月，東京）.

■小西康裕，”微生物機能を活用するレアメタルの回収”,MH利用開発研究会第2回研究会ならびにシンポジウム（2009年9月，堺）.

■ 荻 崇, 川本壮一, 齋藤範三, 野村俊之, 小西康裕, “微生物を用いたインジウムの 回收”, 第41回化学工学会秋季大会（2009年9月, 東広島）研究発表講演要旨集, Z104.

■ 荻 崇, 川本壮一, 齋藤範三, 野村俊之, 小西康裕, “バクテリアを利用したインジウムのバイオ回収”, 資源・素材 2009（2009年9月, 札幌）講演資料, C4-1.

■小西康裕，”レアメタル回収に微生物機能を！”，大阪府立大学産学官連携フェア2009（2009年9月，大阪）.

■ 荻 崇, 小西康裕, “微生物による機能性レアメタル・ナノ粒子の合成”, 新産業を創る先端科学技術フォーラム 2009 「メタルバイオ技術が拓く新元素戦略」プログラム（2009年10月，大阪）.

■小西康裕，“微生物機能を活用するレアメタルのリサイクル”，＜けいはんな＞新産業創出交流センター第13回シーズフォーラム（2009年10月，大阪）.

■小西康裕，“微生物によるレアメタル回収への挑戦”，平成21年度（財）近畿高エネルギー加工技術研究所（AMPI）機能性材料技術講演会（2009年10月，尼崎）.

■小西康裕，“微生物による家電製品からのレアメタル回収への挑戦”，第4回バイオシンポジウム「エコマイニング」（2009年10月，東京）.

■小西康裕，荻 崇，齋藤範三，“都市鉱山からのレアメタル回収に微生物機能
を！”，JSTイノベーションプラザ大阪 非公開型科学技術情報交換会(2009年12月，大阪）.

■ 荻 崇, 齋藤範三, 小西康裕, “レアメタル（白金族金属, インジウム）のバイオ利用回収への挑戦”, 第20回環境資源工学会シンポジウム: 貴金属およびレアメタルのリサイクルのための分離・回収技術（2010年2月, 東京）.

■小西康裕，荻 崇，”微生物を活用した使用済家電品からのインジウム再資源化プロセスに関する研究”，環境省循環型社会形成推進科研費レアメタル特別枠委員会・公開シンポジウム「レアメタル再資源化総合システム評価技術開発」（2010年3月，東京）.

■東あるみ，齋藤範三，荻 崇，小西康裕，“微生物を用いたインジウム含有液からのインジウム回収”，第42回化学工学会秋季大会（2010年9月，京都）研究発表講演要旨集，D102.

■東あるみ，齋藤範三，荻 崇，小西康裕，“微生物を用いたインジウム回収・濃縮プロセスの開発”，資源・素材 2010（2010年9月，福岡），講演資料，C5-8.

■小西康裕（招待講演），“都市鉱山からのレアメタル回収に微生物機能を！”，イノベーションジャパン 2010 新技術説明会（2010年10月，東京）.

■小西康裕，玉置洗司郎，齋藤範三，“都市鉱山からのレアメタル回収に微生物機能を！”，第1回化学工学会関西支部技術シーズフォーラムーバイオ，分離一（2010年11月，大阪），講演資料，22.

■小西康裕（招待講演），“都市鉱山からのレアメタル（インジウム，白金族金属）のバイオ回収への挑戦”，大阪市立工業研究所シンポジウム 2010「レアメタルのリサイクルと代替材料開発」（2010年11月，大阪）.

■小西康裕（招待講演），“都市鉱山からのレアメタル・貴金属のバイオ利用回収への挑戦”，第4回化学経営研究会（2010年11月，東京）.
■小西康裕（招待講演），“都市鉱山からのインジウム，白金族金属のバイオ回収に挑戦”，（財）バイオインダストリー協会・月例会「バイオと元素戦略」（2011年1月，東京）.

■小西康裕（招待講演），“都市鉱山からのレアメタルのバイオ利用リサイクル”，第6回大阪大学フロンティア産業バイオシンポジウム「21世紀における成長産業分野としての産業バイオテクノロジー」（2011年1月，豊中）.

■小西康裕，荻 崇，“微生物を活用した使用済家電品からのインジウム再資源化プロセスに関する研究”，環境省循環型社会形成推進科研費レアメタル特別枠委員会・公開シンポジウム（2011年3月14日，東京）.

■小西康裕（招待講演），“微生物機能を活用したレアメタルのリサイクル技術シーズ”，「動き出した都市鉱山開拓～レアメタル・レアアース，リサイクル動向の最新事情」セミナー（2011年4月，大阪）.

■小西康裕（招待講演），“バイオをベースとしたレアメタル・貴金属の回収技術－日本を資源大国に！－”，大阪府立大学・りそな中小企業振興財団技術懇親会「廃棄物を資源に～資源循環のキーテクノロジーを探る～」（2011年7月，堺）.

■小西康裕（招待講演），“微生物機能を用いたレアメタルリサイクル技術シーズの進捗”，N-EXPO KANSAI '11記念セミナー「変遷する都市鉱山開拓事情～概況,学術事例,処理」（2011年9月，大阪）.

■小西康裕（招待講演），“都市鉱山からのレアメタル等のバイオ利用リサイクル”，大阪府立大学・大阪市立大学新技術説明会（2011年10月，東京）.

Y. Konishi, “An Environmentally Friendly Wet-Recovery of indium from Electronic Scraps Using Microorganisms”, A Special Symposium on Minor Rare Metals Recycling Supported by a Grant-in-Aid for Scientific Research for Rare Metals Recycling in Ministry of The Environment in Japan(Tokyo, October, 2011).
■小西康裕(招待講演)，“バイオをベースとしたレアメタル・希少資源の回収技術”,SPring-8利用推進協議会 第5回安全安心のための分析評価研究会(2011年10月，東京).

■堀田悠介，東あるみ，齋藤範三，小西康裕，“希薄溶液からのインジウムのバイオ回収プロセス”，第4回化学工学3支部合同福井大会(2011年12月，福井)，ポスター発表，P181.

■小西康裕（招待講演），“微生物を用いたレアメタル・貴金属の回収”，“自然の叡智に学ぶ”技術セミナー第3回 生物に学ぶアクアイノベーション 〜水ビジネスに活用できる生物由来の技術アイデア〜（2012年2月，大阪）.

■小西康裕(招待講演)，“微生物によるレアメタル・貴金属のリサイクルに挑戦！”，MOBIO Cafe（主催：東大阪市，共催：MOBIO（ものづくりビジネスセンター大阪））（2012年3月，東大阪）.

■小西康裕，荻 崇，“微生物を活用した使用済家電品からのインジウム再資源化プロセスに関する研究”，環境省循環型社会形成推進科研費レアメタル特別枠委員会・公開シンポジウム（2012年3月6日，東京）.

### 5. 新聞，雜誌等発表

■小西康裕，荻崇，“インジウムを微生物で回収”,日経産業新聞,2009年7月8日

■小西康裕，“レアメタルを掘り起こせ～あなたの家に“宝”が眠る～”，NHK総合テレビかんさい熱視線,2009年7月24日放送（NHK総合テレビ「地域発！ぐるっと日本」，2009年9月6日放送）.

■小西康裕，“レアメタル リサイクル最前線の現場”，NHK総合テレビ おはよう日本，2009年8月17日放送.

■小西康裕，荻 崇，“資源小国日本を変えるバイオカ”，テレビ東京ワールドビジ
ネスサテライト, 2009年10月30日放送.

■小西康裕，“レアメタルR技術　シーズを追う（下）インジウムを効率回収　レアアースRも視野に”，週刊循環経済新聞，2011年3月7日.

小西康裕，“Techno-Frontiers: Recycling Rare Metals, NHK WORLD English（NHK 国際テレビ放送），2010年12月6日放送（12月30日再放送）.

小西康裕，“Feature: Recycling Rare Metals”，Asia Biz Forecast（NHK国際テレビ放送），2011年1月31日放送.

■小西康裕，“レアメタル R 技術シーズを追う（中）バイオ技術で希少金属回収”，週刊循環経済新聞,2011年8月8日.

■小西康裕，“バイオで都市鉱山のレアメタル回収に挑戦する”，環境浄化技術，10,5(9-10月号),102-107(2011).

■小西康裕，“微生物カプセルでレアメタル回収”，日経ビジネスオンライン，2011年11月22日.

■小西康裕，“レアメタル識者インタビュー：バイオ技術でレアメタル回収”，週刊循環経済新聞, 2012年1月1日.

■小西康裕，“カイシャ魂”，テレビ大阪，2012年2月26日.

■小西康裕，“自然の叡智に学ぶ技術セミナー：微生物を用いたレアメタル・貴金属の回収”，日刊工業新聞，2012年3月21日.

### 6. 知的所有権の取得状況

小西康裕，荻崇，斎藤範三，特許出願（特願2010－143216）“金属の回収方法”(2010).

■小西康裕，斎藤範三，東あるみ，特許出願（特願 2011－17696）“インジウムの回収方法”(2011).
岐阜大学 流域圏科学研究センター

粟屋善雄

<研究協力者>

インドネシア国 ボゴール農科大学 I Nengah Surati Jaya, M Buce Saleh

インドネシア国 パランカラヤ大学 Ir. Suwido H. Limin. Ms

カンボジア国 森林局 森林野生生物学研究所

Chann Sophal

カンボジア国 森林局

Preap Sam

平成20～22年度累計予算額：30,521千円（うち、平成22年度予算額：4,411千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 今日、大気中への二酸化炭素の人為由来放出量の2割が熱帯林の破壊によるとされ、森林減少を回避することが国際的に急務であるが、そのためには森林やバイオマスの分布とその変化を広域で正確に推定することが極めて重要である。PALSARは雲の下の地表の様子を観測できることから、熱帯地域でのモニタリングに有効な手段と考えられている。本研究はPALSARで観測される後方散乱係数（$\sigma^{0}$）を利用して、森林分布やバイオマス量を把握する手法の開発を目指す。$\sigma^{0}$には季節ごとの植生や湿地の水位の変化が影響し、HV偏波よりもHH偏波が影響を受けやすく、水面などで生じる2回反射が原因と考えられた。森林減少は二時期の$\sigma^{0}$の差分や、分類結果の比較によって把握できたが、森林減少に似た変化があること、劣化した森林と他の被覆を区分しにくいことが解析精度を下げる要因だった。Landsat/ETM画像と$\sigma^{0}$画像の両分類図を比較すると、5項目の土地被覆分類の場合、93%が一致した。光学センサとPALSARでは観測波長の電磁波の性質が異なるため、分類結果を詳細に比較することは難しいが、森林破壊をモニタリング可能と考えられた。インドネシア国中央カリマンタンを解析した結果、1973年から2007年までに森林が48%減少していることが分かり、PALSARの有用性を確認できた。バイオマスとの関係を解析すると遷移初期から成熟林へとバイオマスが増加するにつれて$\sigma^{0}$も増大するが、次第に頭打ちとなって飽和する傾向が認められたため、成熟林のバイオマスの推定精度はかなり悪いことが分かった。HHに比べてHVは飽和レベルが高く、2回反射に影響されにくいことからHVのほうがバイオマス推定に適している。HHを利用してHVへの2回反射の影響の補正法を開発し、補正済みHVを利用してバイオマスを推定したところ、成熟林の推定精度は良くないものの、疎な湿地林や倒木地での2回反射の影響を大幅に軽減して解析が可能になったことが特筆される。解析結果は劣化段階を表すと考えられ、この結果、様々なシーンを比較して劣化段階をマッピングできる目途がついた。

[キーワード] 森林減少、熱帯林、PALSAR、森林分布、バイオマス
### 1. はじめに

熱帯雨林は一年を通じて雲が発生する熱帯地域に成立するため光学センサでは良好な観測が望めない。熱帯季節林においても火入れによる煙のため、良好な光学センサのデータを取得できないことも多い。このため熱帯林の広域解析には雲やヘイズを透過して、一年を通じて観測が可能な合成開ロレーダ(SAR)の活用が望まれる。ALOS/PALSARはバイオマス解析に有利とされるLバンドを観測する多偏波合成開ロレーダで、森林の解析に適した仕様を有する。多偏波型のSARは登場して日が浅いが森林解析に高いポテンシャルを有していると期待される。このため、PALSARデータによる熱帯林の解析アルゴリズムを提示することにより、熱帯林における森林減少と森林劣化のモニタリングを通じて温暖化問題に貢献することが可能になる。

## 2 ．研究目的

プロジェクトを通しての目的は、PALSARデータを用いて森林の減少および劣化を解析する手法や指標を開発することである。インドネシアとラオスにテストサイトを設定し、1）後方散乱係数の季節変化と経年変化の特徴、2）分類による経年変化モニタリング、3）地上部バイオマスの推定、および4）森林劣化のマッピングについて検討して、PALSARデータによる森林解析の精緻化と光学センサのデータを併用した森林モニタリングの可能性について検証する。

### 3 \. 研究方法

研究対象地域はインドネシア国中央カリマンタン州とカンボジア国コンポントム州とした。

インドネシアではメガライスプロジェクトのエリア（熱帯雨林、泥炭湿地帯）を選定した。メガライスプロジェクトとは水田を造成するために1997～1999年にかけて実施された泥炭湿地林の開拓で、排水路を建設して泥炭地の乾燥化を図った。本研究ではパランカラヤ市近郊で重点的に研究を実施した。

中央カリマンタン州北西部ではまとまった農地や水田が少なく、平坦な泥炭地上に森林、灌木林、原野、湿地や河川などの冠水域などが広がる（図-1）。土地被覆に関するグランドトゥルースを行った結果、本地域では森林は高バイオマス林（図-1a）、中バイオマス林（図-1b）とその他の低バイオマスの植生に大別でき、低バイオマス地は倒木の多少によって、度重なる火災によって地表面には倒木が少ない原野ないし灌木林（図-1c）と、火災によって消失した高バイオマス林で、火災後は倒木が極めて多いエリア（図-1d）の2つに分けられる。

a. 高バイオマス林 b. 中バイオマス林

c. 原野

d. 火災跡の倒木地

図-1. インドネシア中央カリマンタンの植生の様子

e. 冠水域
a. 常绿林

b. 落葉林

c. ゴム林

d. ゴム林新植地

図-2. カンボジア国コンポントム州の植生の様子

コンポントム州には森林地帯が残されており、南西にトンレサップ湖があり、東側にメコン川が北から南へ流れている。地形は、平坦であり衛星データに与える地形の影響は無視できる。植生は、常緑林（図-2a）と落葉林（図-2b）がモザイク状に分布しており、トンレサップ湖周辺には、水田を始めとする耕作地、放牧地があり、近年はゴムのプランテーション開発（図-2c,d）が盛んに行われている。また違法伐採が問題となっている。

解析は1）PALSARデータの特性を把握し、2）森林とその変化を解析するとともに、3）バイオマス推定の可能性を検証し、4）森林の劣化を評価する、という項目で構成される。

本研究で利用したPALSARデータは、断りがない限り、以下の前処理を施したデータである。高分解能の2偏波モード(FDB、オフナディア角34.3°）で観測され、地上分解能12.5mのHH偏波（以下HH）とHV偏波（以下HV）のデータを、データの東西（レンジ）方向で電磁波の入射角の違いによって生じる歪みを補正し（スラントレンジ補正）、オルソ化した。このデータから次式によって後方散乱係数を算出して解析に利用した。

$$ \sigma^{0}=10\log_{10}\left(DN^{2}\right)-83.0\quad(1) $$

ここで、$\sigma^{0}$ (単位dB)は後方散乱係数で、DNはディジタルナンバーである。

画像解析に用いたソフトウェアはImagine（ERDAS，USA）とENVI（ITT VIS，USA）で、断りがない場合はImagineを利用した。

## （１）後方散乱係数の季節変化と経年変化の特徴および変化抽出

パランカラヤ近郊の森林、農地、荒廃地を対象にPALSARデータの季節変化と経年変化を解析した。解析には2007年7月9日、2007年10月9日、2008年5月26日、2009年10月14日、2010年12月2日に観測されたFDBと2009年5月24日に観測された4偏波モード（PLR）のPALSARデータを利用し、解析に先立ち3×3画素の平均値フィルタを施した。2009年9月中旬頃に研究対象地で森林火災が発生し、研究対象林分の一部が燃えた。1箇所あたり100画素程度のトレーニングエリアを60箇所程度設定し、シーン間での後方散乱係数の変化を検証するとともに、差画像を作成して検出できる森林変化の特徴を検証した。

SARは観測する波長によって被覆物の見え方が変わる。Lバンド(PALSAR)は衛星搭載のSARの中では一番波長が長くて、森林解析に有利とされている。一方、Xバンド(TerraSAR-X)は一番波長が短くて物体表面の情報が得られるとされるが、それぞれの有効性は必ずしも明らかではない。このため、2008年5月26日と2009年10月14日のPALSARデータと、2008年5月24日と2010年1月13日に観測された2偏波のTerraSAR-Xデータを利用して、判読によって各データの特徴を比較し、トレー
ニングエリアを選定して散布図を描き、被覆物ごとのPALSARとTerraSAR-Xの $ \sigma^{0} $ の特徴を検証した。その結果に基づいて両データの熱帯林解析への有効性を検討した。

HHは季節変化が大きいことから、コンポントムを観測したPALSARデータを収集して傾向を検証した。観測時期は、2008年12月28日～2010年11月18日の間で、FBD（7シーン）に加えてHHのみを観測した単偏波モード(FBS、5シーン)のデータも収集した。これらの画像について画像強調を行って、常緑林と落葉林が明瞭に判別できる画像を検討した。また2009年6月30日、2010年7月18日および2010年11月18日に取得された三時期の画像の差分を2値化し、ベクター化して森林減少地の把握を行った。

## （２）土地被覆タイプ別の後方散乱係数の特性と森林分類

パランカラヤにおいて、まず、各土地被覆タイプにおいて現地でGPS単独測位が可能であった地点（各タイプで2箇所）、およびその周辺の均質な画素をPALSARデータから抽出し（70～160画素程度）、各土地被覆タイプの2偏波データの特性を把握した。次に、PALSARデータ全体を数値分類（教師なし分類：ISO-DATA法）し、ETM+データの数値分類結果と比較することで、ETM+データとの共通点・異質点を探った。なお、解析には、2007年7月頃に観測されたデータを中心に作成されたPALSARの50mオルソモザイクプロダクト（JAXA K&Cプロジェクト成果 公開中、HHとHV、64ルック処理で平均化済み）をσ⁰に変換したものを使用した。PALSAR分類図と比較する光学センサデータとしては、Landsat衛星のETM+データを利用した。なお、ETM+画像分類の意味づけはグランドトゥルースデータおよびETM+画像の判読結果を参照して行い、PALSARデータ分類の意味づけはETM+分類画像を参照して行った。

二時期の $ \sigma^{0} $ を利用することで、バイオマスの高い森林を特定しつつ、2009年に起きた大規模火災を受けた森林の場所を判定できるかどうかを調べた。解析に使用したPALSARデータは、2007年10月9日（2009年の大規模な火災より前の期首画像とみなす）と2009年10月14日（2009年の大規模な火災の後の期末画像とみなす）に観測された。前処理として、3×3画素の中央値処理、5×5画素の平均値処理、Bilinear法で50m解像度にリサンプリング、3×3画素の平均値処理をこの順序で行うことで、スペックルの影響を軽減した。次に、二時期の画像から、HH2007、HV2007、HH2007-HV2007、HH2009、HV2009、HH2009-HV2009の6チャンネル画像を準備し、ENVI EXのFeature extractionツールを用いてオブジェクト指向型分類（分類には、教師つき分類の一つであるサポートベクターマシンを利用）によってスタック画像を森林域・非森林域・2009年の森林火災跡地の3タイプに分類した。また、2000年のLandsatデータをベースに、2002年、2006年、2009年に起きた大規模な森林火災の跡地を判読でベクターデータ化し、最後に両者を比較分析した。

メガライスプロジェクトのエリアを対象に、森林変化の状況を把握し、PALSARデータの有効性を検証するため、Landsat MSS 1973年10月9日、ETM+ 2007年8月5日、PALSAR（JAXA K&Cプロジェクト成果）2007年7月～8月、MOS MESSR 1990年9月12日、1991年6月27日、1994年9月21日、1995年9月14日のデータを利用して、目視判読と教師なし分類(ISODATA法)を併用して森林を分類した。コンポントムではHHとHVについて、常緑林、落葉林地帯における$\sigma^{0}$の大きさを調べた。2 偏波（HH、HV）のデータとその差分（HH-HV）のデータを用いて分類を行った。分類手法は教師なし分類（ISODATA法）とオブジェクトベース分類を用いた。オブジェクトベース分類にはENVIのFeature Extraction Moduleを用い、セグメント化の後の分類には教師つき分類を用いた。教師はLandsat
データを参照して選定した。オブジェクト生成のパラメータは、結果の画像を見ながら常緑林と落葉林が区分される最大の大きさとなるように決定した。各オブジェクトの分類には、分類アルゴリズムにサポートベクターマシン法を用い、パラメータはデフォルト値とした。

## （３）森林の地上部バイオマス推定

パランカラヤにおいて、高バイオマス林と倒木の少ない低バイオマス林（原野）を対象に、$\sigma^{0}$と航空機LiDARデータから推定した地上部バイオマス（AGB：$\mathrm{Mg~ha^{-1}}$）の関係を調べ、$\sigma^{0}$のみによるAGB推定の可能性を検討した。解析の手順は、航空機LiDAR観測したエリア（約26km²）に含まれる地上プロット（8箇所）のAGBとLiDARデータ（1mメッシュの林冠高）から単回帰モデルを作成し、このモデルを利用して50mメッシュのAGBマップを作成した。PALSARデータを3×3ウインドウでスペックルの軽減処理した後（無処理、平均値、Lee-sigmaフィルタを比較）、50mメッシュの平均値データを作成した。最後に、LiDAR-AGBデータと各フィルタ処理済みの平均値データとの関係を、2007年7月9日、2007年10月9日、2008年5月26日の異なる三時期について調べた。両者の関係は3つの既存研究で利用された当てはめ関数、式(1):$\sigma^{0}=a_{1}-\exp(-(b_{1}\times AGB+c_{1}))\rightarrow$ 緑色¹)、式(2):$\sigma^{0}=a_{2}\times\log(AGB)+b_{2}\rightarrow$ 橙色³)、式(3):$\sigma^{0}=n_{3}+(-17.0084-n_{3})\times\exp(-k_{3}\times AGB)\rightarrow$ 紫色²）（図-17参照）を当てはめてAICで評価した。

さらに、サブテーマ3から提供されたAGBデータを利用して $ \sigma^{0} $ を用いたAGBの推定式を調整して AGBをマッピングし、問題点を検証した。

カンボジアでは雨季にあたる2009年6月30日取得のPALSARデータを利用して解析した。スペックルノイズの影響を軽減するため5×5画素のシグマフィルタを施したPALSARデータと、AGBデータを利用してカンボジアの森林の地上部バイオマスの関係を回帰分析により検証した。AGBデータは本プロジェクトで計測した以外にカンボジア森林局およびカンボジア環境省からデータ提供を受けた。

## （４）劣化指数を用いた森林モニタリング

図-3. HHとHVの後方散乱係数（$\sigma^{0}$）の関係 遷移を示すライン（実線）と倒木の影響を 示すベクトルの合成で$\sigma^{0}$が定まると考える。

本項目では2007年7月9日、2007年10月9日、2008年5月26日、2009年10月14日、2010年12月02日に観測されたPALSARデータに、9×9画素の平均値フィルタを適用して解析に利用した。

各プロットに対応する画素をサンプリングし、2007年7月のHHとHVの偏波について$\sigma^{0}$の散布図を描いた。草地から天然林までの遷移過程に応じて$\sigma^{0}$が規則的に変化すると仮定して、遷移段階を示すと考えられる画素を選び、回帰分析によってHHとHVの関係について一次式を得た（遷移によるベクトル、図-3）。火災による倒木地では、倒木の表面で