GREEN 国立研究開発法人産業技術総合研究所 地質調査総合センター 地圏資源環境研究部門

■　蛇紋岩化反応系における特徴的な地球化学プロセスの解明

　蛇紋岩は、カンラン岩などの超苦鉄質岩が水と反応することで生成される岩石であり、この反応は「蛇紋岩化反応」と呼ばれます。蛇紋岩化反応に伴い、あるいはそれを契機として、以下の3つの特徴的な現象が生じます（下図参照）。第一に、水素（H₂）ガスの生成です。これは、岩石中の二価鉄（Fe²⁺）が酸化される過程で、水（H₂O）が還元されることによって水素が発生するものです。第二に、岩石と反応した水がpH10を超える強アルカリ性になる現象です。この高アルカリ環境により、炭酸塩の沈殿が促進されます。第三に、蛇紋岩化反応で生成された水素と二酸化炭素（CO₂）から、生物の関与なしにメタン（CH₄）やその高次炭化水素（エタン（C₂H₆）やプロパン（C₃H₈）など）が合成される可能性が高いことです。私たちは、このような「蛇紋岩化反応系」において見られる特異な反応プロセスや、それに伴う生成物の消費・移動・集積過程の解明を目指し、野外調査や地球化学分析（ガス組成、安定同位体比、水の化学組成）を中心に行っています。

■　有機酸の炭素安定同位体トレーサー分析法の開発と応用

　「同位体トレーサー法」とは、複雑な生体反応や化学反応の中で物質の流れを追跡するために、特定の目印（＝トレーサー）を付けることで、目に見えない物質の動きを可視化する技術です。炭素の安定同位体である¹³Cは、天然存在比が約1%と低いため、トレーサーとしてよく利用されています。たとえば、¹³Cで標識された化合物を基質として微生物に与えると、それがどのような代謝経路を経て最終産物になるのかを調べることができます（図1参照）。私たちは、最も基本的なカルボン酸であり、嫌気性微生物代謝における重要な代謝産物であるギ酸（HCOOH）および酢酸（CH₃COOH）に着目し、それらの化合物中に含まれる¹³Cトレーサーの位置を識別したうえで、簡便かつ迅速に定量する分析手法を開発しました（図2参照）。この分析手法は現在、油層中の微生物代謝経路の解明や、岩石—熱水反応による有機物合成の研究に利用されています。

■　粘土鉱物（スメクタイト）の溶解に関する実験的研究

　スメクタイトは、膨潤性、イオン交換性、低透水性を有する粘土鉱物のグループであり、それらは岩石全体の物性に影響を及ぼしうる重要な鉱物です。条件によっては溶解・消失していくため、その溶解速度を理解して存在量の経時変化を予測することは地球工学的に重要なミッションとなります。しかし一概にスメクタイトと言っても複数のタイプがあるためその化学組成は多岐に渡り、スメクタイトの中には溶解速度がまだ理解されていない鉱物種もあります。当研究グループでは、そのような溶解速度が未知なスメクタイトを対象として下図のようなフロースルー実験を実施しています。実験的に求めた速度論的パラメータは、様々な地球工学的な分野（地熱スケールの処理、マグネシアセメントの劣化予測、放射性廃棄物地層処分の人工バリア材の長期パフォーマンス評価など）で活用することを想定しています。また、CCUS実装研究センターと連携し、玄武岩CCSにおける貯留ポテンシャル評価で活用することも目指しています。

■　国内で排出される未利用リン資源のアップサイクルに向けた技術開発

　製造業分野で不可欠なリン資源の循環利用を目指して、国内の未利用リン資源からリンを夾雑元素の少ないリン酸溶液として回収する技術開発に取り組んでいます。一例として、下水処理過程において排出される未利用リン資源を想定し、排水を模擬した希薄な濃度のリン酸イオンを選択的に回収する無機系吸着材の合成と性能評価、リンを高濃度に含む下水汚泥焼却灰からの効率的なリン酸抽出方法の検討（特願2025- 085197）などを行っています。未利用資源からリン素材の原料となるリン酸溶液を精製する試みを通して、リン素材製造の一部原料自給が可能となれば、国内におけるリン資源循環とサプライチェーンの構築に貢献することが期待されます。