メタルバイオテクノロジーによるレアメタル回収
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APEC―VC “メタルバイオ”記事

メタルバイオテクノロジーによるレアメタル回収

大阪大学大学院工学研究科環境・エネルギー工学専攻  池 道彦

 インジウム,モリブデン,セレン等,希少金属類の総称としてのレアメタル(ここではレアアースを含めての表現とする)は,IT,宇宙,原子力等の先端産業での使用が急増しており,産業のビタミンとも呼ばれている.レアメタルは,希少で鉱山における存在量・可採量が極めて限られていたり,採掘・製錬等が現状では技術的・経済的に困難であることから,資源としての枯渇が懸念されており,国家レベルでの確保・備蓄等の施策が採られるようになっている.この一環として,希少元素を比較的豊富な金属で代替する技術や,携帯電話基板からの貴金属回収に代表されるような,廃棄製品・部品等からの金属類リサイクル技術の開発が進められている.しかし,少なからぬ量が混入されているにもかかわらず,資源フローの最下流にある排水や無分別廃棄物中からの金属類回収・リサイクル技術の開発は進んでおらず,産業の持続性という意味で,レアメタル枯渇の問題は今後深刻さを増すことが予測される.
 レアメタルの回収・リサイクルには,従来より物理・化学的技術が適用されてきているが,ターゲットとなる物質が低濃度・低含量で他の定義できない複雑な物質のマトリックスに混入されている排水・廃棄物を対象とした場合には,コストやエネルギー消費の問題から実用的な技術は確立されていないといってもよい.そのため,十分に経済性があるうえ,エネルギーや資源の利用を最小限に抑え,環境負荷も低い,新規の資源回収技術の登場が熱望されている.
 “メタルバイオテクノロジー”は,生物技術の持つ省資源・省エネルギー性,高い経済性と環境適合性を活かし,物理・化学的手法では不可能な持続的な金属類と人類の関係を構築するためのキー・テクノロジーとしてにわかに注目を集めている技術である(1).
 一般には,生物作用は専ら有機物の分解や合成にかかわるものと考えられがちであるが,無機物である金属類に対しても多岐に渡る反応を触媒する.例えば,一部の微生物はエネルギー獲得のための電子供与体/受容体として金属類を酸化/還元し,その物理・化学的特性を変化させる.また,栄養素として低濃度の金属類を効率的に摂取・濃縮したり,逆に有害金属類の摂取を抑制,あるいは能動的に排出したりもする.メタルバイオは,これらの生物作用による金属類の化学形態の変換,三相(固/液/気相)間の変化や溶解性・吸着性の増減等を,排水・廃棄物等からのレアメタルの回収・リサイクルやその関連技術に利用するものである.メタルバイオに利用し得る各種の微生物作用の主な例は表に示す通りである.
 メタルバイオによる金属類の回収は,南米等で鉄酸化・イオウ酸化細菌を利用した鉄等の経済的な採鉱技術として実用化されている以外は,将来技術といえるが,製錬廃水中の低濃度の溶解性セレンをバイオミネラリゼーションにより還元固化・回収する技術,溶解性のパラジウムを材料資源として価値の高いナノ粒子に転換して回収する技術,金属結合タンパクを表層提示させた遺伝子組換え酵母細胞にモリブデンを吸着・濃縮させる技術,シアン生産菌を利用したプリント基板からの金回収技術等,バリエーションに富むものであり,実用化を目指した研究・開発が鋭意実施されている(1).
 ニーズの大きいレアメタル回収においてメタルバイオの研究・開発が進めば,この過程で得られる新たな生物触媒や生体材料、科学的知見の利用によって、環境適合型工業生産技術(ホワイトバイオ)への適用も望めるようになる。金属類の製錬や加工は,強酸を使用したり高温での処理が行われたりするため,概して環境負荷の高いプロセスであるが,これを環境に優しいバイオプロセスで代替しグリーン化することができれば,持続産業構築への大きな貢献となる.工業分野のみでなく,不足しがちな微量金属類を健全なレベルで含む作物の育種など,農業分野で利用できる可能性もあり,安全安心で豊かな循環型社会を構築するための技術体系の一つとしてメタルバイオへの期待は大きい.

文献 (1)植田・池監修:『メタルバイオテクノロジーによる環境保全と資源回収?新元素戦略の新しいキーテクノロジー』,シーエムシー出版(2009)

表 メタルバイオテクノロジーへの適用が期待される微生物プロセス
バイオリーチング
(Bioleaching)
固相中の金属類の液相への抽出作用
(例) イオウ酸化細菌が生成する硫酸による鉱物の溶解,糖類醗酵で生じる有機酸による鉱物溶解、鉄還元作用による鉄化合物の溶解など.
バイオミネラリゼーション
(Biomineralization)
金属類の鉱物化作用による液相等からの固化・回収
(例) 金属(Se, Teなど)酸化物イオンの元素態への還元による固形化、鉄酸化・マンガン酸化による酸化物マットの形成と他の金属類の吸着・不溶化など.
バイオボラタリゼーション
(Biovolatalization)
金属類の気化による液相・固相からの除去・回収
(例) HgレダクターゼによるHgイオンの元素態Hgへの還元・揮発化、SeやAsのメチル化による揮発化など.
バイオソープション
(Biosorption)
金属類の細胞表面や分泌物等への吸着による除去・回収
(例) 細菌、酵母、カビ、藻類などの細胞表面への吸着、細胞外多糖(バイオポリマー)への吸着など. 

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