ＪＦＥスチールスチール研究所主任研究員大山伸幸氏――天然ガス、コークス代替

生産効率向上、ＣＯ２減 　製鉄業は原料から高品質の鋼をどれだけ効率的に取り出せるかが収益力を左右する。ＪＦＥスチールは鉄鉱石の事前処理方法を見直し、コークスの一部を液化天然ガス（ＬＮＧ）で代替してエネルギー使用量を減らす技術を開発した。中国鉄鋼大手の大量生産を背景にコスト競争は激化している。技術開発で競争力を維持する考えだ。 　鉄は鉄鉱石と石炭由来のコークスを高炉内部で反応させて取り出す。粉状の鉄鉱石をそのまま投入すると内部の熱風の流れを妨げるため、事前に少量のコークスを燃料として混ぜ、焼き固めて焼結鉱にする。 　幅５メートル、長さ数十メートルの巨大なベルトコンベヤー上で燃やされた焼結鉱のうち、高炉に投入できるのは一定の強度がある約８割。約２割が不良品として再び焼結工程に入れられていた。 　「歩留まりを高めるにも二酸化炭素（ＣＯ２）排出量を減らすにも、コークスにはこれ以上頼れない」。スチール研究所福山地区で上工程の製造技術を研究する大山伸幸主任研究員は、新技術「Ｓｕｐｅｒ―ＳＩＮＴＥＲ（スーパーシンター）」でＬＮＧを採用した経緯をこう説明する。 　旧川崎製鉄時代の研究で、歩留まりが悪い主因は最適な燃焼温度が維持できていない点である事は判明していた。良質な焼結鉱はセ氏１２００～１４００度で燃やすと生成するが、自然燃焼に任せる従来法では短時間しか保てず、良質品は２割しか製造できない。 　「気体燃料を原料の上部から吹き込み内部に送り込めば自在に温度制御できるのでは」。大山氏は研究所内で試験装置を製作。粉状の鉱石の隙間にＬＮＧを確実に送り込むため、最適な吹き出し速度やＬＮＧの量、ノズルの形状などを選定した。コークスの使用量は８％減った一方で適正温度維持の時間は約２倍に延びた。ＣＯ２排出量は焼結機１台あたり年間６万トン減らせる。 　高熱の鉄鉱石にＬＮＧを吹き付ける方法に、社内からはリスクが高いと懸念する声も上がった。実用化を後押ししたのは２００３年に川鉄と旧ＮＫＫと経営統合し、「燃焼系の研究に強い」（大山氏）旧ＮＫＫの研究部門と知見を共有できたためだ。 　旧ＮＫＫの拠点だった東日本製鉄所京浜地区（川崎市）は隣接する東京ガス工場から高炉へＬＮＧを供給するパイプラインがあったことも開発を加速した。実用化第１号機には京浜地区の焼結機が選ばれ、０９年に量産に成功。全国４地区の焼結機に順次導入が進んだ。 　さらなる生産効率アップのため、ＬＮＧに加え酸素ガスも吹き込む次世代機も１４年に開発済み。歩留まりは９割に改善し生産スピードも高まった。良質品も約４割と「理論値に近い」（大山氏）水準に達している。 　世界で採掘される鉄鉱石は今後、粒子が細かく鉄の含有率の低い鉱石がさらに増える見通し。原料の事前処理技術はコスト改善のためにいっそう重要となる。微粉状の鉱石は焼結時間がより多くかかるためだ。大山氏は「造粒方法などさらなる技術開発を続けたい」と語る。原料の低質化に技術開発が間に合うか、時間との争いが続く。（林さや香） 〈施設概要〉 ▽設立時期　２００３年４月 ▽場　　所　広島県福山市など全国６カ所 ▽人　　員　８９０人 ▽事業分野　製銑、製鋼、圧延など上工程の技術開発および鋼材製品開発

東京沿岸部、冷たくない海風発生、東京都環境研・竹中など観測―埋め立て影響か。

東京都環境科学研究所と竹中工務店、筑波大学などは、東京都沿岸部で東京湾に突き出し海風を受けやすい「お台場・有明（江東区）」が、「豊洲・東雲（江東区）」よりも気温が高いことを観測で突き止めた。風上にある埋め立て地の影響で海風が暖まり、冷却効果が下がった恐れがある。街並みが局地的な気温上昇につながることを改めて示唆する結果。今後の都市計画に役立ちそうだ。日本ヒートアイランド学会で２４日に発表する。 　２００９年７月２７日～１０月１日の南東の風が吹く昼間に、東京都沿岸部３２カ所で１分おきに気温を測定。気象庁（千代田区大手町）地域気象観測システム（アメダス）との温度差を測った。 　東京湾に突き出た「お台場・有明」地区は０・１～１・４度低かったが「豊洲・東雲」地区は０・３～２・４度とさらに低かった。海風で冷えるはずの「お台場・有明」の暑さが目立つ理由を、南東方向にある埋め立て地の島が海風の冷気を奪ったと分析している。 　一方、湾岸から離れた「築地（中央区）」地区では０・２～０・５度高かった。豊洲や晴海（中央区）に立つビル群が海風を阻み、気温が上がった可能性がある。

地球誕生時の熱、なお放出、東北大など、素粒子観測で判明。

　地球の内部には、地球が形成された約４６億年前の熱がまだ残っている――。東北大学の井上邦雄教授ら国際チームがこんな研究成果をまとめた。岩石などを通過して地球内部から出てくる「反ニュートリノ」という素粒子を観測してわかった。詳細は英科学誌ネイチャー・ジオサイエンスに１８日掲載される。
　地球の表面からは約４４兆ワットもの熱が宇宙へ放出されている。地球内部の放射性物質が別の物質に変わりながら出す「崩壊熱」が主な熱源と考えられているが、熱の量を直接測ることは難しかった。
　研究チームは、岐阜県飛騨市の地下にある観測施設「カムランド」を使い、ウランやトリウムなどの放射性物質が壊れた際に放出される反ニュートリノを検出し、崩壊熱の量を見積もった。
　７年８カ月分の観測結果から、地球内部の放射性物質の崩壊熱は約２１兆ワットだった。地球の表面から出る熱の半分にも満たなかった。
　残りの熱は、約４６億年前に地球ができた時に内部にたまった熱と考えるしかないという。
　地球ができた当時の熱を現在でも放出し、内部がゆっくりと冷え続けていることを示す結果と結論づけた。
　研究成果は、地球内部の様子を詳しく知る手掛かりになる。地震や火山噴火がどうして起きるのかメカニズム解明にもつながる。

電源、製品ごと使い分け、京大、住友電工、通信技術を応用。

京都大学の引原隆士教授と住友電気工業のチームは、電力会社の供給電力以外に太陽電池といった自家発電や蓄電池などの電源を住宅や事業所内で使いこなせるようにする技術を開発した。様々な電源が生む電力に区別する信号を割り当て、電化製品と相性の良い電源を選んで振り分ける。既存の配電網に組み込む電源が増えてもトラブルを防ぐ。節電にも役立つ見込みだ。 　新技術は電力ごとに安定性などの質を色分けし、特徴に合わせた使い分けが実現する。従来の配電網は、一方的に送られてきた電力を使うだけ。機器側で電源を選べず、使わないときはスイッチを切るしかない。 　新技術ならば、安定した電力が必要な医療機器や空調機器には電力会社の供給電力を使い、天候で発電量が変動する太陽電池はパソコンや蓄電池の充電に使うといった利用イメージが描ける。 　引原教授は「通信を電力に応用した技術。原理の確認は終わった。あとは使い方しだいだ。２～３年以内に実用化されるのではないか」と話す。 　通信の世界では情報に送信先の信号を書き込み、膨大な数の端末があっても迷うことなく目的の情報を相手先に届ける。この仕組みを送電に応用した。 　多くの電化製品がつながった配電網を通信網に見立て、それぞれの電化製品が使う電力を必要な分だけ送る。情報通信研究機構の支援を受けて取り組んだ。 　通信網では情報を送信先へ交通整理する装置に「ルーター」がある。研究チームは「電力ルーター」と呼ぶ装置を試作した。電力会社の電力や自家発電になぞらえた電力に、それぞれ送り先を示す信号を付けて送信する実験に成功。電力ルーターが信号を読み取り、その内容に合わせてスイッチを切り替えてそれぞれの電化製品に見立てた装置に送る。 　実験では交流電源の最大１７アンペア、２００ボルトに対応する仕様で装置を試作。電源と電化製品に見立てた装置を２つずつ電力ルーターとつなぎ、送信先の切り替えができることを確認した。 　試作した装置のスイッチの切り替え速度は１ミリ秒以下。実用化には数十マイクロ（マイクロは１００万分の１）秒以下にする必要がある。京大と住友電工は高速切り替えに最適な炭化ケイ素（ＳｉＣ）製半導体を開発済み。現在のシリコン製半導体と置き換えれば、高速化を実現できる見込みだ。 　電力ルーター同士は通信機能がある。複数台を組み合わせれば、どこから供給された電力かを見極め、電力の安定性に合わせて供給先の電化製品を選べる。将来は地域の電力網などにも応用できる可能性がある。

電力自給の下水処理、メタウォーター、５０～１００％賄う――発生メタン活用。

　水処理事業の国内最大手であるメタウォーター（東京・港、木田友康社長）は下水処理向けに、バイオマス発電などを利用して電力を賄うシステムの開発にめどをつけた。特殊樹脂で下水を効率的にろ過するほか、汚泥を発酵させてつくるメタンガスを使い燃料電池で発電する。都市ガスも原料に加えると下水処理に必要な電力の５０～１００％を供給でき、来春以降に全国の自治体へ売り込む。
　このほど、省エネ型の下水処理技術の開発を目指す国土交通省のモデル事業に選ばれた。国交省から１１億円の補助金を得て、大阪市内の下水処理場にパイロットプラントを建設する。１日当たりの処理量は５７００立方メートルの見通し。日本下水道事業団と共同で、２０１２年３月まで実証実験に取り組む。
　下水処理場では通常、家庭などの汚水を沈殿池に一定期間ためて、水と固形物を分離する。固形物と分離した後の水は、さらに微生物を入れて有機物を分解して浄化している。この際、空気を送り込んで微生物の働きを活性化させるため大量の電力が必要。下水道処理施設で使う電力の約３割が空気を送り込む装置で利用されている。一般に下水処理場で使う電力は日本全体の電力供給量の約１％を占めるという。
　メタウォーターのシステムはまず、家庭から出た汚水を貯水槽に入れ、水と汚泥に分離。装置内に浮かせた樹脂の粒の間に水を通すことで、効率的に水を浄化する。汚泥の除去率は６６％と従来より２０ポイント改善する。樹脂でろ過した水は有機物が少なく、微生物による浄化処理に必要な電力を２割減らせるという。
　こうして前工程で省エネ化したうえで、水と分離した後の汚泥を自家発電に利用する。汚泥槽の中に菌を入れて発酵させ、メタンガスを発生させる。槽に不織布を入れて菌を増殖しやすくするほか、自治体が家庭から回収した生ゴミも加えてメタンガスの発生量を増やす。
　このメタンガスを原料に燃料電池で発電する。大阪市の実証設備の場合、メタンガスだけの発電量能力は２５キロ～３０キロワット。燃料電池の原料として都市ガスも使えば能力は１００キロワットと、実験場となる下水処理設備の電力をほぼ賄える。
　電力不足の長期化が予想されるなか、実証実験で効果を確認して自治体に販売する。新システムは一般の下水処理設備で使う電力の５０～１００％を供給できる見通し。将来は新興国など海外でも販売する考えだ。
　メタウォーターは富士電機グループと日本ガイシの水事業が統合して０８年に発足した。１０年度の売上高は０９年度比で横ばいの１００５億円、営業利益は約２割増の８１億円だった。

バイオＶＢのジナリス、ＰＥＴ樹脂を薬品原料に、大腸菌で分解、製造コスト安く

ペットボトル　再資源化の用途拡大
　バイオベンチャーのジナリス（横浜市、西達也社長）は化学品を分解する微生物を使い、使用済みペットボトルなどを再資源化する技術を開発する。ボトルなどの材料に使われるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂から薬品原料を低コストで製造する方法にメドをつけた。廃ボトルの新たなリサイクル用途として注目されそうだ。
　ＰＥＴ樹脂はテレフタル酸類を主原料にしている。ジナリスはこのほど、バイオ医薬品などに使われる遺伝子組み換え技術を活用して、テレフタル酸類を分解する酵素を出す大腸菌をつくり出した。分解によって、医薬品や農薬の原料などになるプロトカテク酸や没食子酸を得られる。
　プロトカテク酸は化学的に分解する方法で製造されており、多段階の反応工程を経るため複数の設備が必要になる。ジナリスの技術は大腸菌にテレフタル酸類を与えるだけで済み、製造コストを従来の１割程度に抑えられる。２日間で培養液１リットルあたりプロトカテク酸５０グラムを生産でき、「バイオ技術を使った他の化学品の生産性と遜色ない」（西社長）という。
　今後はこの技術と、ＰＥＴ樹脂をアルカリ性溶液でテレフタル酸類に分解する手法を組み合わせる。同手法が微生物に影響を与えないかどうかなどを検証し、来春をメドに一連のリサイクル技術を完成させる。
　国内で回収された使用済みペットボトルは９割以上が繊維やシートの原料になっている。廃ボトルの樹脂を使って新たなボトルをつくる取り組みもまだ少数派だ。ジナリスの再資源化技術が確立すれば、用途拡大や、より付加価値が高いリサイクルが可能になる。
　ジナリスはまず、テレフタル酸類からプロトカテク酸などを量産する技術について化学メーカーなどと組んで事業化をめざす考えだ。
　同社は２００２年設立で、独立系ベンチャーキャピタルの東京大学エッジキャピタルなどが出資している。今回の新事業を成長をテコに、現在数億円程度の売上高を３年以内に１０億円以上に拡大することをめざす。

東京海洋大学准教授島田浩二氏――減り続ける北極の海氷

気候変動見極めへ観測
　北極の海氷が減り続けている。２００７年９月に過去最低の４２５万平方キロを記録したが、今年はそれに匹敵するペースで減少している。北極海で何が起きているのか、この分野の研究で日本をリードする東京海洋大学の島田浩二准教授に聞いた。
　――北極海の海氷は減り続けているというが、今年の夏はどうなる。
　「現在の北極は、厚さが２メートル以上ある古い氷が激減している。せいぜい１メートルぐらいの若い氷が多く、若い氷は解けやすい。衛星による観測が始まった１９８０年代以降、海氷面積が最小になる必要条件がそろっている」
　――なぜ海氷が減るのか。
　「１９９８年のエルニーニョで、暖かな海水がベーリング海峡を越えて北極海に入り込んだ。アラスカ沿岸の氷ができにくく、解けるのが早くなった。海水面が現れると太陽熱で気温が上昇。北極海の北米側に低気圧ができやすくなる。一方、冷たいシベリア側は高気圧が居座るため、日付変更線付近で南風が吹き、さらに暖気を引き込むという仕組みがあるからだ」
　「アラスカ沿岸の氷が解けると、風で氷が動いて不安定になる。氷同士がぶつかって強度が落ちると解けやすくなる。固く凍ったアイスクリームは、カップの近くで解けだすとくるくると回るようになる。それと同じ原理だ。北極海の環境は９８年以前とは大きく変わってしまった」
　――地球温暖化との関係は。
　「地球温暖化は気温の上昇を意味するが、北極の氷が解けるのは海の温暖化の影響だ。北極の氷が減ると、地球を冷やすラジエーターの働きが弱まるので、温暖化を加速する」
　――毎年のように北極で観測している。
　「９６年から０９年まで１４年連続で航海した。“世界で最も北極海に出かけた研究者”の一人だろう。去年行けなかったのは心残り。当てにしていた韓国の砕氷船アラオンが初航海で、観測機器を十分に積めなかった。今年は７月末からアラオンに３週間乗り込む」
　――なぜ現地におもむくのか。
　「地球を知りたいという好奇心からだ。子供のころのヒーローは探検家の植村直己だった。氷原とか犬ぞりとかにあこがれた。観測とは文字通り“みてはかる”ことだ。理論研究もいいが、観測は重要だ。最近、自分自身が測器だと感じる。北極海の変化が起きる前と現在を、自分の目で見て比べることができる」
　――日本の北極研究は。
　「非常に手薄で、４、５年前まで個人がばらばらにやっていた。関係者の呼びかけで日本地球惑星科学連合に北極研究のセッションができ、国際シンポジウムも開くようになった。今年度、北極環境研究コンソーシアムが設立され、ようやく体制が整ってきた」
　「０７～０８年の国際極年では、北極研究の発表数が南極の２倍あった。日本では南極への関心が高いが、北極周辺には南極にはない気候や生態系がある。氷が減るにつれ、北極航路や海底資源など経済がらみのテーマが脚光を浴びている。もう少し目を向けてもいいのではないだろうか」
記者の目
注目度低い北極　研究体制構築を
　南極観測船「しらせ」が新たに建造され、南極をテーマにした映画・ドラマがたびたび制作されるなど、国民の南極への関心は高い。それに比べて北極は、ながらく米ソ冷戦の舞台だったために注目度が低かった。
　しかし、北半球の気象に北極が与える影響は大きい。気候変動の行方を見定めるため、北極の正体をつかむ必要がある。北極海は日本から２週間の航海で到達できる。外国の砕氷船に頼らなくてもすむ研究体制を構築すべきだろう。

５０年後想定、高ＣＯ２濃度、コメの高温障害深刻――農環研、実験結果から予測

　早ければ５０年後に想定される現在より１・５倍高い二酸化炭素（ＣＯ２）濃度では、コシヒカリなど日本を代表するコメの品質が著しく低下することが、農業環境技術研究所の実験で明らかになった。収穫した米粒のうち形が整った米粒の割合（整粒率）は２７％と、現在より１７ポイント低下し、等級外になったという。同研究所はコメの高温障害を軽減する技術の開発に、今回の研究成果を役立てる。
　同研究所は茨城県つくばみらい市の実験水田に、正８角形状にＣＯ２を放出するチューブを設置。風上からＣＯ２を流して、区画内のＣＯ２濃度を現在より約２００ＰＰＭ（ＰＰＭは１００万分の１）高い５８４ＰＰＭにした。
　昨年は記録的な猛暑で、試験地における生育期間の日平均気温は平年より１・８度高かった。このため、現在のＣＯ２濃度で育てたコメの整粒率は４４％と低く、品質は３等級に届かなかった。今回の試験の結果、高いＣＯ２濃度がコメの品質をさらに低下させることがわかった。