| Project/Area Number |
24K01411
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大友 陽子 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80612902)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長嶋 剣 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (60436079)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
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| Keywords | 岩石風化促進 / 二酸化炭素の鉱物固定 / 休廃止鉱山 / その場観察 / ネガティブエミッション / 二酸化炭素固定 / 蛇紋岩化反応 |
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| Outline of Research at the Start |
「岩石風化促進」によるCO2 削減技術開発が世界各国で推進されている。本研究は有望な風化促進現場として、酸性水の湧出で岩石の溶解の飛躍的促進が期待される休廃止鉱山に着目した。酸性坑廃水との反応を想定した実験条件での岩石の溶解プロセスの素過程を理解するため、その場観察セル付フロースルーリアクターを開発し、鉱物・液相のリアルタイム測定により岩石の溶解速度とその温度・流速・固液比依存性、鉱物の変質及び二次鉱物の生成、最終的なCO2 固定量を見積もる。休廃止鉱山の廃水処理は企業・自治体の大きな負担であり、本研究の成果は休廃止鉱山におけるCO2 固定の将来的な事業化という新たな価値の創出に役立てることができる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
岩石風化促進 (Enhanced Rock Weathering: ERW)」は天然の炭素サイクルを利用した二酸化炭素削減技術として世界各国で活発に推進されている。本研究の目的は休廃止鉱山から排出される酸性坑廃水を利用した岩石の風化促進 (溶解)プロセスの素過程を理解するため、その場観察セル付フロースルーリアクターによる鉱物・液相のリアルタイム測定から岩石の溶解速度とその温度・流速・固液比依存性、鉱物の変質及び二次鉱物の生成、最終的な二酸化炭素固定量を見積もることである。
2024年度の達成目標は(1)マイクロスケールの観察が可能なその場観察セル付フロースルーリアクターの開発(2)岩石試料の鉱物学的・地球化学的特徴を各種分析により収集し、常温における溶解実験を進めるの2点であった。(1)については市販の温度コントローラー付セル (顕微鏡用大型試料冷却加熱ステージ 10083L, リンカム)をカスタマイズして作成することで装置開発にかける時間を大幅に短縮した。2024年度中にはリアクター主要部の開発が完了、現在は各種分光分析の導入と平行して溶解反応のその場観察実験を遂行中である。装置開発にかける予定であったエフォートは地球化学コードPhreeqcを用いた各種溶解反応の熱力学計算に充て、課題に対して有効な実験条件の割り出しを先行して行った。(2)については分析を進めつつ別途共同研究先の研究室から各種情報を提供頂くとともに、スライドスキャナ顕微鏡を予算の一部で購入して鉱物組成データ収集の大幅な効率化を実現した。また研究分担者の長嶋が山口大学で開催された新結晶成長シンポジウムで本研究に関する招待講演を行った (演題「鉱山廃水を利用したCO2鉱物化: 多成分溶液からの結晶成長」)。全体として予定通りの成果が出ており、研究は順調に進行しているといえる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)マイクロスケールの観察が可能なその場観察セル付フロースルーリアクターの開発
開発時間を短縮するため、リンカム社の顕微鏡用大型試料冷却加熱ステージ10083Lを購入。光学顕微鏡ステージへの取り付けやリアクター用チューブの導入、自作の溶解反応観察セルを内部に設置することを考慮して装置概形やスペーサーのカスタマイズを行った。また観察に使用する光学顕微鏡に高解像度のタイムラプス撮影が可能な顕微鏡カメラ及びカメラ用ソフトウェアをインストールしたPCを設置した。現在は完成した装置で岩石試料や代表的な構成鉱物の単結晶粉末の溶解実験をその場観察中である。一方で実験条件が多岐に渡るため、Phreeqc (Version 3, アメリカ地質調査所)を用いた熱力学計算によりプロセスの理解に重要な実験条件の割り出しを行った。
(2)岩石試料の鉱物学的・地球化学的特徴を各種分析により収集し、常温における溶解実験を進める
分析を進めつつ別途共同研究先の研究室から各種情報を提供頂くとともに、スライドスキャナ顕微鏡 (ZEISS Axioscan7GEO Digitizer for Slides)を予算の一部で購入し、対象岩石の鉱物組成データ収集の大幅な効率化を実現した。スライドスキャナ顕微鏡は岩石薄片の高解像度スキャニングによりデジタルデータ上での偏光顕微鏡観察を可能とする装置である。岩石の構成鉱物割合の定量分析はX線粉末回折装置を用いた従来法では難しい点があるが (特に少量含まれる鉱物や火山ガラスなどのアモルファス物質などに対しての定量分析は難しい)、スライドスキャナ顕微鏡で取得した高解像度画像を機械学習で解析することで迅速な鉱物組成データの収集を可能とした。分析の精度は手動のモード組成分析のデータと比較して実証済である。全体として予定通りの成果が出ており、研究は順調に進行しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2025年度はフロースルーリアクターへの各種光学分析装置 (位相シフト干渉計、顕微ラマン・顕微赤外分光分析)導入及び非接触pH２次元マッピングによるセル内pH分布の可視化を行う。また年度の後半 (~10月)からは冬期の寒冷環境を想定した温度帯 (-10~0℃)で実験を行い、気温の低下や水の凍結が岩石風化に与える影響を評価する。同時に実験結果を整理・解析を進め、酸性鉱山廃水中の岩石の溶解プロセスや二次鉱物の沈殿及びその抑制プロセスについて考察する。
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