<脱レアメタル 日本の元素戦略>(上)ウクライナ侵攻でパラジウム高騰 代わりの材料を探す研究者たち

2022年5月23日 20時42分

ガソリン車の排ガスを浄化する装置には希少金属のパラジウムなどが使われる(画像の一部加工)

 ウクライナへの侵攻で、ロシアが世界の4割を供給しているレアメタル(希少金属)のパラジウムが急騰しました。パラジウムは自動車の生産に欠かせない資源です。レアメタルの元素は工業的に重要ですが、特定の国からしか出ない場合が多く、供給が不安定になりやすいのです。日本では希少金属頼みを脱するため、代わりになる物質や材料を探す「元素戦略プロジェクト」が10年前から進められてきました。(増井のぞみ)

レアメタル(希少金属) 科学産業に重要、採掘できる量が少ない、産地が特定地域に集中、分離や精錬が困難―の4条件のどれか1つに当てはまる金属とされる。経済産業省によると、現在知られている118種の元素のうち、レアメタルとされる元素は47元素と4割に及ぶ。自動車やスマートフォン、テレビのモニターなどの生産には少量だが不可欠で、現代社会に欠かせない「産業のビタミン」とも呼ばれる。

◆10年かけた国家事業

 車の排ガスを浄化する触媒には、レアメタルの中でも高価なパラジウム、白金、ロジウムなどが使われます。最も多く使われるパラジウムの価格は3月に一時、1グラム1万1千円を超えました。昨年末の倍以上です。
 京都大の田中庸裕(つねひろ)教授(触媒化学)によると、ガソリン車には、パラジウムが1台あたり2〜3グラム使われています。トヨタ自動車の広報担当者は「希少元素の調達リスクには注意を払って確保してきたので、即座に影響は出ないが、ロシア情勢が長引けば影響してくるだろう」と話します。
 触媒に使うパラジウムは微細でインクのように真っ黒い粉です。なぜ高価なのでしょうか。レアメタルに詳しい東京大生産技術研究所の岡部徹教授は「鉱石の中にわずかしか含まれず、掘り出すのに100万倍のごみが出るから」と解説します。南アフリカやカナダの鉱山では、採掘1トンあたり1〜2グラムしか採れませんが、ロシアの鉱山は質が高いため世界最高の同7グラムも採れるといいます。

◆国内には大量資源なく他国頼り

 問題はパラジウムだけではありません。米地質調査所の最新の報告書などによると、日本で世界の10%以上を産出するレアメタルはありません。他国に頼るしかないのです。
 そこで2004年、日本の研究者約50人が、箱根で合宿して議論した結果「元素戦略」を提唱しました。10年には、中国が日本への希少金属の輸出を規制した「レアアース危機」が起こりました。そこで、文部科学省は「元素戦略」に研究費をつけ、12年度から21年度まで、希少金属に代わる革新的材料の開発プロジェクトを進めてきました。
 プロジェクトでは、全国に磁石、触媒、電子回路などテーマごとに4つの材料研究拠点が設けられ、計40以上の大学や研究所、企業が参加しました。それまでバラバラだった理論や実験、分析の研究者のべ約650人が集いました。

◆他の材料と組み合わせて使用量9割削減

田中教授らが開発したパラジウムを減らした排ガス浄化装置の触媒部。直径は2.5センチ=三井金属提供

 京都大の田中教授が代表を務める「触媒・電池」の材料研究拠点では、パラジウムの量を9割減らした車の排ガス浄化触媒を開発しました。排ガスに含まれる有害物質の炭化水素や一酸化炭素、窒素酸化物を、化学反応で水や二酸化炭素、窒素に変えて無害化する働きをします。
 触媒は多数の穴が開いたセラミックスの円柱の表面に、パラジウムのナノ粒子がついた酸化アルミニウム粉末を塗った構造です。

排ガス浄化触媒として重要なパラジウムの粉=東京大生産技術研究所で

 田中教授と京都工芸繊維大の細川三郎准教授(材料化学)は、下地として酸化アルミの代わりにマンガン酸イッテルビウムという材料を使うと、それ自身も触媒として働いて、パラジウムの量を10分の1にしても同程度の性能が出ることを発見しました。イッテルビウムも希少金属の一種とされますが他に大量に使われる用途がなくそれほど高価ではないといいます。
 現在、企業で試験が行われています。田中教授は「うまくいけば2〜3年後に実用化するかもしれない」と語ります。
 さらに、名古屋大の薩摩篤教授(触媒化学)は世界で初めて、パラジウムの仲間の希少金属を使わない自動車触媒を実現しました。代わりに亜鉛、クロム、銅を使って2段階で排ガスを浄化しますが、クロムは有害なので無害な元素に置き換える研究を進めています。
 排ガスの触媒だけではありません。東京理科大の駒場慎一教授(電気化学)は、レアメタルのリチウムの代わりに、豊富に存在するナトリウムを使うナトリウムイオン電池を試作しました。他にもいくつかの成果が出てきています。

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