米国｜DOE、米国のクリーンエネルギー実現に必要な重要鉱物の持続的供給に向けたプロジェクトに3,900万ドルを拠出
レアアースの確保とCO2のネット排出マイナスへ
2022年10月27日、米国エネルギー省（DOE）は、クリーンエネルギーへの移行に必要な重要元素の国内供給を増やすための市場対応技術を開発するため、12州に亘る16の研究・開発プロジェクトに3,900万ドルを資金拠出することを発表しました。
目的
選ばれたプロジェクトは、大学、国立研究所、民間部門が主導し、銅、ニッケル、リチウム、コバルト、希土類元素、その他の重要元素の国内供給の拡大を可能にする、商業的に拡張可能な技術の開発を目的としています。
バイデン－ハリス政権は、電気自動車のバッテリーから風力タービンやソーラーパネルまで、いくつかのクリーンエネルギー技術にレアアースが必要であることから、重要な材料のサプライチェーンの強化に引き続き注力しています。
バイデン大統領は、炭素汚染を減らし、家庭や企業のコストを下げ、最終的に気候変動の影響を緩和するエネルギー源を配備することの重要性を強調しています。
米国エネルギー省は、より長寿命のバッテリーやその他の次世代エネルギー技術を支える重要な材料の、信頼性が高く持続可能な国内サプライチェーンには、クリーンエネルギーの未来を実現するために不可欠としています。
また、これらの投資により、DOEは米国の製造業を再活性化し、敵対国への過度の依存を減らし、国家が研究とイノベーションの世界的リーダーとして位置づけられることが期待されています。
米国経済の脱炭素化に必要な重要鉱物の世界需要は、今後数十年間で400～600％増加すると予想されており、米国は、これらの鉱物の加工品の多くを、敵対国も含む海外にますます依存しています。特に、重要な元素の採掘、加工、生産に関連する課題があり、それらは地政学的に敏感な一握りの地域に存在することが多いのです。
発表されたプロジェクトは、バイデン－ハリス政権の、重要な鉱物や材料の国内採掘、生産、加工、リサイクルを拡大するというコミットメントを支援し、米国の海外依存を減らし、米国のクリーンエネルギーのサプライチェーンを確保し、高収入のクリーンエネルギー雇用を創出することを目的としています。
マイナープログラムの概要
選定されたプロジェクトは、DOEのAdvanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) Mining Innovations for Negative Emissions Resource Recovery (MINER) プログラムを通じて資金提供・管理されることになります。
MINERプログラムでは、エネルギー関連鉱物の採掘と抽出に必要なエネルギーとそれに伴う排出を削減しながら、鉱物の産出量を増加させる技術研究に資金を拠出します。具体的には、このプログラムでは、ネットゼロまたはネットマイナスの排出技術を実現するために、二酸化炭素（CO2）反応性鉱石の可能性を調査しています。
バイデン大統領は、政権発足当初から国内の重要鉱物のサプライチェーン強化を優先的に進めてきました。
外国のサプライチェーンへの依存を減らすために、バイデン－ハリス政権はまず、重要鉱物の国内生産の可能性を評価しました。2020年エネルギー法は、サプライチェーンが途絶えるリスクが高く、エネルギー技術に不可欠な機能を果たす重要鉱物のリストを米国地質調査所（USGS）が公表するプロセスを正式に確立しました。
3月、大統領は国防生産法（DPA）を発動し、新規および既存の鉱山への投資を通じて鉱物開発を促進した。バイデン大統領のインフレ抑制法（IRA）には、米国で重要鉱物を生産する企業に対する先進製造業の生産税額控除が新たに盛り込まれています。
マイナープログラムにおける技術開発事例
■ (1) テキサス大学アーリントン校（テキサス州アーリントン市）
二酸化炭素の同時採掘を伴う電気化学的リチウム及びニッケル抽出（2,999,997ドル）
テキサス大学アーリントン校は、炭酸塩固体の形でCO2を隔離しながら、カルシウム（Ca）とマグネシウム（Mg）を含むCO2反応性の鉱物や岩石から、リチウム（Li）とニッケル（Ni）を生産するための音響刺激と電解プロトン生成法を開発しています。
この技術では、電気を使って、未飽和温度で周囲の鉱物母岩から貴重な金属イオンを抽出します。原料はLi/Ni/Ca/Mgに富む火成岩や堆積岩を原料とし、水に電位をかけて固体原料を音響刺激により酸性の陽極液に溶解させます。最終的には、水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムをCO2にさらして、CO2を隔離するとしています。
■ (2) コロンビア大学（ニューヨーク州ニューヨーク市）
エネルギー転換のための国産金属の湿式冶金生産（2,949,395ドル）
コロンビア大学は、カンラン石を豊富に含む鉱山からエネルギー関連金属を最新プロセスよりも低コストで得るための、環境負荷の低い新プロセスを開発します。カンラン石はCO2反応性の廃棄物であり、空気中の炭素を捕獲した後、鉱滓として戻すことができます。
同大学では、提携鉱山からのニッケル（Ni）と銅（Cu）の収量を向上させると同時に金属1kgあたりの炭素捕捉量を増加させる予定です。この技術革新は、フロー電池技術にヒントを得た電気化学的プロセスで再生可能な試薬による、鉱物の浸出速度論の最新知見に基づいています。
この化学プロセスにより、硫化鉱を処理するための製錬所の代替ができる可能性があります。この技術は硫化銅鉱で証明されており、銅、ひいてはNiの収率を向上させることが期待されています。
■ (3) トラバーチン・テクノロジーズ社（コロラド州ボルダー）
重要な金属濃縮と鉱物の炭素隔離のための電解酸リサイクルによる現場での尾鉱浸出とラテライト化 （200万ドル）
トラバーチン社は、鉱業廃棄物や尾鉱の強酸処理と電解酸リサイクルを統合した革新的なプロセスを立ち上げる予定です。溶出した重要元素は酸化物として回収され、炭酸塩鉱物は空気中のCO2を使って沈殿されます。トラバーチンは、1トン／日のCO2除去システムの設計基盤を開発し、このコンセプトの技術的実現可能性と商業的可能性を実証し、概念実証から実証試験に移行させる予定です。
このプロジェクトが成功すれば、環境への影響を最小限に抑えながら、国内の資源から重要な元素の収量を最大化し、毎年数億トンの二酸化炭素を隔離する可能性のある、商業的に実現可能なアプローチを提供することができるとしています。
■ (4) ハーバード大学（マサチューセッツ州ケンブリッジ）
鉱山探査と操業の強化のためのCO2貯蔵と鉱化を予測・監視する高度な核磁気共鳴技術の開発（1,889,308 ドル）
ハーバード大学は、CO2反応性岩石におけるCO2鉱化作用を評価するための高度な核磁気共鳴（NMR）手法を開発しています。これらの岩石との反応により、CO2の永久隔離が可能となり、鉱物抽出の促進が期待されます。鉱化作用はCO2が存在する孔隙でのみ起こるため、岩石孔隙におけるCO2の輸送と分布を理解することが、効率的な鉱化・隔離の鍵となります。
NMR坑井検層は、CO2反応性岩盤の正確な評価を可能にし、採掘と炭素貯留の経済的な展開のためのフィールド開発を最適化することができるとしています。CO2注入と強化された採掘のための生産性の高いフィールドを100％拡大していく予定です。
■ (5) パシフィック・ノースウェスト国立研究所（ワシントン州リッチランド）
CO2回収・貯留と重要元素回収のためのレッドマッド廃棄物の再採掘（1,000,000ドル）
パシフィック・ノースウェスト国立研究所（PNNL）は、様々な希土類元素炭酸塩、ヒドロキシ炭酸塩、ヒドロキシリン酸塩、ヒドロキシ水酸化物の溶解度と熱力学的特性を、様々な溶液と圧力・温度条件で測定する原位置と原位置の技術を開発します。
CO2の有無にかかわらず、さまざまな溶液、圧力、温度条件下で測定し、この結果をもとに、赤泥廃棄物中のエネルギー関連鉱物を効率的に回収する条件を最適化するためのデータベースを構築する予定としています。
■ (6) ネバダ大学リノ校（ネバダ州リノ市）
レアアース鉱物のエネルギー効率の高い分離のための加速反応性炭酸化プロセス（3,300,000ドル）
ネバダ大学リノ校は、加速反応性炭酸化プロセスを開発・試験し、エネルギー効率のよい粉砕（研磨）、低品位のバストネサイト含有鉱石からの希土類元素の分離強化を可能にすることを目指しています。炭酸化・粉砕を容易にするために、高圧粉砕ロールで鉱石を予備粉砕し、鉱石内部にマイクロクラックを発生させます。
炭酸化反応により、レアアースを含む珪酸塩鉱物が炭酸塩鉱物に変化します。珪酸塩から炭酸塩への炭酸化反応は鉱物を軟化させるため、粉砕エネルギーを50％削減し、レアアース総収量を少なくとも20％増加させるとしています。
■ (7) ミズーリ科学技術大学（ミズーリ州ローラ市）
炭素負性酸化反応を利用した粉砕エネルギーの削減とエネルギー関連鉱物収率の向上 – （2,045,715 ドル）
ミズーリ科学技術大学は、CO2反応性の低品位ケイ酸塩原料（例：リーン鉱石、鉱山廃棄物、地層）からニッケルやコバルトなどのエネルギー関連鉱物を抽出する新しい経路の確立を目指しており、ケイ酸塩を効率的に溶解して金属を放出できるCO2またはバイオマス由来の有機酸を用いた新しい前処理を実施する予定です。
溶解が進むとシュウ酸塩が析出し、かさばるケイ酸塩岩石がミクロンサイズの結晶粒子と非晶質シリカに変化します。ミクロンサイズの結晶粒子は、鉱物選鉱の際にエネルギーを消費する粉砕の必要性を低減し、分離されたシュウ酸塩の結晶は、さらに湿式冶金法を用いて処理されます。
また、分離したシュウ酸塩の結晶を湿式製錬法で処理し、目的のエネルギー関連鉱物を分離するとしています。
参考情報
注目情報一覧
新着商品情報一覧
調査相談はこちら
概要調査、詳細調査、比較調査、個別の和訳、定期報告調査、年間コンサルなど
様々な調査に柔軟に対応可能でございます。
- ●●の詳細調査／定期報告調査
- ●●の他国（複数）における規制状況調査
- 細かな質問への適宜対応が可能な年間相談サービス
- 世界複数ヵ国における●●の比較調査 など
