日本を資源大国に導く？ 海底に眠るコバルトリッチクラストが秘める大きな可能性

鉱物資源の少ない日本にもたらされたギフト？

コバルトリッチクラスト（以下、クラスト）とは、希少金属であるコバルトを多く含む海底鉱物資源のこと。

水深約1000～2500mの海山（海底で山のように隆起している地形）平頂部周辺にあり、岩石を厚さ数mm～十数cmほどの層で覆うような形で存在しているという。

「百聞は一見にしかず、まずは実物をご覧いただきましょう」

そう言ってJOGMEC 金属海洋資源部の五十嵐吉昭氏が見せてくれたのは、断面が茶色と黒の2層になった岩石の塊だった。

海底の海山平頂部で得られたクラスト片を手に解説する五十嵐氏。掘削、揚鉱、製錬まで視野に入れた本格的なクラストの掘削試験に成功したのは世界初となる

「黒い部分がクラストで、茶色い部分は掘削時に一緒に採れてしまった基盤岩です。クラストは薄くて数mm、厚いものでも十数cm程度ですから、このサンプルは5～10cm程度なので標準的な厚さと言えます」

クラストは海水中の成分が長い年月をかけて、岩石の表面に積層していったものと考えられている。

その成長速度は遅く、百万年でわずか1～6mm程度。つまり、ここまで成長するのに数百～数千万年、もしかすると数億年もの年月がかかっていることになる。

指で指し示している黒い部分がクラスト。鉄・マンガンを主成分としているが、含有するコバルトがマンガン団塊に比べて3～5倍程度高く、白金も含有している

“コバルトリッチ”という名称のとおり、他の鉱物資源に比べてコバルトを多く含んでいることが特徴だ。

「クラストに含まれるコバルトの割合は0.5～0.9%程度で、同じ海底資源であるマンガン団塊よりも3～5倍ほど高い比率となっています。ごく少ないように思われるかもしれませんが、陸上の鉱山で採れる鉱石と比べても決して割合が低いわけではありません。掘削や製錬の技術的課題やコストの問題などはさておき、資源としては十分なポテンシャルがあると言えるでしょう」

世界初のクラスト掘削試験に日本が成功

クラストは世界中の海ならどこにでもあるわけではない。

北西太平洋域の海底に多く分布しているとされ、2020年7月にJOGMECが実施した試験では日本のEEZ内である南鳥島南方の拓洋第5海山平頂部が掘削ポイントに選ばれた。

水深約930mの海底目指してJOGMEC所有の海洋資源調査船「白嶺（はくれい）」からクレーンを使って採掘機を下ろし、649kgに及ぶクラスト片などを回収した。

クラスト掘削試験で使用された採掘機。先端にあるカッターヘッドを海底に押しつけ、クラストを削り取る

「採掘機は元々、海底熱水鉱床（海底から噴出する熱水に含まれる金属成分が沈殿してできた銅、鉛、亜鉛などを含む鉱物）用に開発したものです。そのため、クローラーなどの部分は共通しますが、海底を削り取る先端部のカッターヘッドなどをクラスト掘削用に改造。深海で作業するため、センサー類や駆動部分などはすべて耐圧設計になっており、駆動部は油圧で動作します」

拓洋第5海山山頂は平ら（平頂）になっており、その面積はおよそ2220km²。東京都全体とほぼ同じ面積が広がっているという。

採掘機が削り取ったクラスト片はサイクロンタンクという容器に収められ、海水や砂など軽い物質を分離、排出した後に海上へと引き揚げる。一回の回収量は50〜200kg。それを何度も繰り返して最終的に649kgのクラスト片を回収したそうだ。

白嶺から採掘機を海底に下ろす様子はJOGMECのYouTube公式チャンネルで公開されている

また、掘削だけでなく、採掘機を砂地や斜面など条件の異なる場所を走らせる試験も同時に行われた。海上の気象などの条件がいいタイミングを狙って実施されたが、海流のある中で船をとどまらせ、水深1000m近い海底に採掘機を下ろして鉱石を採取し、引き揚げるには操船や採掘機の操縦など高い技術が求められる。

「実験は国際的に認められたルールにのっとり、掘削時に舞い上げた砂や岩石の破片がどの範囲まで広がるのか？といった周辺環境への影響を十分に検討した上で行いました。今、海洋資源の開発においては、たとえ実験段階でもそうした環境への綿密な配慮が求められています。カッターヘッド先端には金属ブラシが付いているのですが、それは粉塵をできるだけ舞い上げずに、しかも効率良くクラスト片を回収する役割を持っているのです」

海底熱水鉱床は銅、鉛、亜鉛を含有する鉱物で、EEZ内に存在するもの。マンガン団塊は銅、ニッケル、コバルト、マンガンなどを含む塊で、深海底に存在する

出典：海洋エネルギー・鉱物資源開発計画（2019年2月策定）

JOGMECは現在、クラストだけでなく海底熱水鉱床、マンガン団塊の調査を同時に行っている。

海底熱水鉱床では2017年に複数の船で現場に行き、掘削した鉱石をポンプで連続的に引き揚げる「連続揚鉱」に成功しているが、クラストについてはまだその段階に達しておらず、一回ずつタンクを引き揚げる方式が採用された。

いわば本格的な資源開発に向けて、今まさに一歩目を踏み出したというところだ。

リチウムイオン電池の登場でコバルトの需要が倍増

コバルトは古くからガラスなどの着色料として、また合金として工具などにも使われてきた。近年ではリチウムイオン二次電池の正極材料として大幅に需要が拡大。酸化コバルトとリチウムの化合物であるコバルト酸リチウムは、リチウムイオン二次電池開発のごく初期に登場し、現在でもノートPCやスマホのバッテリーにおいて主流となっている。

ところが、鉱物資源としてのコバルトは現在、大きく2つの問題を抱えている。

一つは他の金属と比べても岩石中に含まれる割合が小さいため、高コストになりやすいという点。そのため、ほとんどがニッケルや銅を採掘する鉱山で副産物として得られている。コバルトの生産量はこれら主産物に左右されることになり、安定的な調達が難しい。

もう一つは産出量の過半数をアフリカのコンゴ民主共和国が担っており、紛争などの政情不安により、供給が滞るリスクがある点だ。現在、政情は落ち着きつつあるが、新たに採掘時の児童労働が問題視されるようになった。そうした背景から日本も資源エネルギー庁やJOGMECなどの政府機関、さらに民間企業を含めたオールジャパン体制でコバルト資源を確保していこうという動きがスタートしている。

世界的なリチウムイオン電池の普及とともに、コバルトの消費量が増加。2016年時点での年間総消費量は11万t程度で、現在ではその需要はさらに増えている

出典：JOGMEC金属資源レポート「コバルト生産技術動向」19-05-vol.49

「コバルトは今、政情不安などさまざまな問題から責任ある調達が難しい金属の一つと言われています。そのため、バッテリーメーカーはコバルトに代わる正極材料、あるいはNMC811（ニッケル:マンガン:コバルト=8:1:1）の三元系など、コバルトを使う割合が少なくてすむ正極材料の技術開発を急ぐようになりました。ただ、リチウムイオン二次電池が進化しても、コバルトが優れた材料の一つであることに変わりありません。人道的に問題なく、安定的に供給できるなら今後も需要は続くと考えられます」

そうした背景があるからこそ、コバルトに注目が集まっているというわけだ。

後編では日本のEEZ内でクラストが採れたことの意味、そして海洋資源の本格的な産業化に向けた課題をテーマにお届けする。



＜2021年2月25日（木）配信の【後編】に続く＞
コバルト以外にも海底鉱物資源は眠っている？ 採掘の可能性や資源開発のロードマップに迫る