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キレート剤による岩石/廃棄物からの金属抽出とCO2利用・鉱物化プロセスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K14571
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
研究機関東北大学

研究代表者

WANG JIAJIE  東北大学, 環境科学研究科, 助教 (60875467)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードCO2削減 / 加速溶解 / キレート剤 / 炭酸塩鉱物 / CO2 mineralziation / Chelating agent / Carbonates / Silicates / industrial waste / silciate / CO2鉱物化 / 炭酸塩 / 岩石
研究開始時の研究の概要

本研究は、キレート剤の革新的利用によるCO2鉱物化プロセスを新たに考案し、岩石や産業廃棄物中の金属カチオンの抽出と炭酸化プロセスにおけるキレート剤の挙動が炭酸塩形成およびCO2鉱物化率へ及ぼす影響を明らかにすることである。このCO2鉱物化の一連のプロセスは、炭酸塩の形成に有利なアルカリ性条件下において100°C未満で実施可能であり、大量に存在する原料(岩石等)として、再利用可能なキレート剤及び地熱エネルギーを利用し、CO2鉱物化に伴う有用化合物(純度の高い炭酸塩など)を効率的に析出・製造することも可能である。

研究成果の概要

CO2を炭酸塩鉱物として鉱物化するのはCO2回収・有効利用・貯留技術において重要な方法であるが、薬剤を大量に消費せず、廃液を大量に発生させない、大規模適用可能なCO2鉱物化技術が求められている。本研究は、キレート剤の革新的利用による100°C未満で実施可能なCO2鉱物化プロセスを開発し、プロセスの有効性と実施に最適な条件を明らかにした。また、岩石や産業廃棄物中の金属カチオンの抽出と炭酸化プロセスにおけるキレート剤の挙動が炭酸塩形成およびCO2鉱物化率へ及ぼす影響も明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本CO2鉱物化プロセスは、従来の技術とは全く異なり、大量の化学薬剤と高温などのエネルギーの利用という従来の課題を解決し、様々な廃棄物を利用して、抽出液を効率的にリサイクルすることで、低コスト・高収益・環境に優しい特徴を持ち、CO2鉱物化のフロンティア技術となり、CO2排出量の大幅削減に貢献できると期待できる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 5件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A sustainable temperature-swing process for CO2 capture and mineralization at below 100 °C using a recyclable chelating agent and bottom ash2024

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie, Maeda Yusuke, Alviani Vani Novita, Kumon Shoichi, Sato Kimitaka, Tsuchiya Noriyoshi, Watanabe Noriaki
    • 雑誌名

      Journal of Environmental Chemical Engineering

      巻: 12 号: 2 ページ: 112301-112301

    • DOI

      10.1016/j.jece.2024.112301

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Characteristics of congruent dissolution of silicate minerals enhanced by chelating ligand under ambient conditions2024

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie, Nurdiana Astin, Sato Yoshinori, Watanabe Noriaki, Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: - 号: 6 ページ: 1-37

    • DOI

      10.2138/am-2023-9025

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reactivity and Dissolution Characteristics of Naturally Altered Basalt in CO<sub>2</sub>-Rich Brine: Implications for CO<sub>2</sub> Mineralization2024

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie、Yagi Masahiko、Tamagawa Tetsuya、Hirano Hitomi、Watanabe Noriaki
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 9 号: 4 ページ: 4429-4438

    • DOI

      10.1021/acsomega.3c06899

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Maximizing permeability of fractured volcanic rocks through chelating-agent-assisted and pH-controlled selective mineral dissolution2024

    • 著者名/発表者名
      Salala Luis、Argueta Jonathan、Wang Jiajie、Watanabe Noriaki、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Geothermics

      巻: 119 ページ: 102949-102949

    • DOI

      10.1016/j.geothermics.2024.102949

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Permeability enhancement by CO2 injection and chelating agent stimulation for creating geothermal reservoirs in granite2024

    • 著者名/発表者名
      Pramudyo Eko、Salala Luis、Goto Ryota、Wang Jiajie、Sueyoshi Kazumasa、Muhl Lena、Sakaguchi Kiyotoshi、Watanabe Noriaki
    • 雑誌名

      Geoenergy Science and Engineering

      巻: 234 ページ: 212586-212586

    • DOI

      10.1016/j.geoen.2023.212586

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Process and optimum pH for permeability enhancement of fractured granite through selective mineral dissolution by chelating agent flooding2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Ryota、Wang Jiajie、Watanabe Noriaki
    • 雑誌名

      Geothermics

      巻: 109 ページ: 102646-102646

    • DOI

      10.1016/j.geothermics.2022.102646

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NaHCO3 as a carrier of CO2 and its enhancement effect on mineralization during hydrothermal alteration of basalt2023

    • 著者名/発表者名
      Sena Kikuchi, Jiajie Wang, Otgonbayar Dandar, Masaoki Uno, Noriaki Watanabe, Nobuo Hirano, Noriyoshi Tsuchiya
    • 雑誌名

      Frontiers in Environmental Science

      巻: 11 ページ: 1138007-1138007

    • DOI

      10.3389/fenvs.2023.1138007

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effectiveness and characteristics of atmospheric CO2 removal in croplands via enhanced weathering of industrial Ca-rich silicate byproducts2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Rina、Nakamura Kengo、Sekiai Ryota、Wang Jiajie、Watanabe Noriaki
    • 雑誌名

      Frontiers in Environmental Science

      巻: 10 ページ: 1-11

    • DOI

      10.3389/fenvs.2022.1068656

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sustainable process for enhanced CO2 mineralization of calcium silicates using a recyclable chelating agent under alkaline conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie、Watanabe Noriaki、Inomoto Kosuke、Kamitakahara Masanobu、Nakamura Kengo、Komai Takeshi、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Journal of Environmental Chemical Engineering

      巻: 10 号: 1 ページ: 107055-107055

    • DOI

      10.1016/j.jece.2021.107055

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhancement of aragonite mineralization with a chelating agent for CO2 storage and utilization at low to moderate temperatures2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie、Watanabe Noriaki、Inomoto Kosuke、Kamitakahara Masanobu、Nakamura Kengo、Komai Takeshi、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 13956-13956

    • DOI

      10.1038/s41598-021-93550-9

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 再生可能キレート剤を用いた100 ℃以下における温度スイング式CO2鉱物化プロセス2023

    • 著者名/発表者名
      前田裕介,Wang Jiajie,Alvinai Vani Novita,公文翔一,加藤彰吾,佐藤王高,渡邉則昭
    • 学会等名
      第5回環境科学討論会、東北大学
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Sustainable process for CO2 capture and storage using industrial by-products assisted by a recyclable ligand.2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie, Tsuchiya Noriyoshi, Watanabe Noriaki
    • 学会等名
      The First International Conference on Chemical Weather and Chemical Climate (CWCC)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sustainable process for accelerated carbonation of industrial by-products to aragonite using a recyclable chelating agent.2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie, Tsuchiya Noriyoshi, Watanabe Noriaki
    • 学会等名
      20th International Conference on Carbon Dioxide Utilization (ICCDU)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced water-rock interaction by congruent dissolution of silicate minerals with chelating ligands under ambient conditions.2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie, Nurdiana Astin, Sato Yoshinori, Watanabe Noriaki, Tsuchiya Noriyoshi
    • 学会等名
      17th Water-Rock Interaction
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 再生可能キレート剤を用いた温度スイングCO2鉱物化プロセス2023

    • 著者名/発表者名
      前田裕介,Wang Jiajie,Alvinai Vani Novita,公文翔一,加藤彰吾,佐藤王高,渡邉則昭
    • 学会等名
      令和5年度資源・素材学会東北支部春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Mineral dissolution behaviors in the presence of potential natural chelating agents and their potential contribution to CO2 removal2023

    • 著者名/発表者名
      Sena Kikuchi, Noriyoshi Tsuchiya, Wang Jiajie
    • 学会等名
      17th Water-Rock Interaction
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] キレート剤存在下での結晶構造によるケイ酸塩鉱物溶解への影響2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie、Astin.nurdiana、土屋範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2022年年会総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 鉱物溶解に及ぼす天然キレート剤の促進効果に関する基礎的実験2022

    • 著者名/発表者名
      菊池星南、Wang Jiajie、土屋範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2022年年会総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 鉱物溶解に及ぼす天然キレート剤の促進効果に関する基礎的検討2022

    • 著者名/発表者名
      菊池星南、Wang Jiajie、土屋範芳
    • 学会等名
      東北大学環境科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 再生可能キレート剤を用いた二酸化炭素の新規鉱物化プロセス2021

    • 著者名/発表者名
      井ノ本 航介, 王 佳ショウ, 渡邉 則昭, 中村 謙吾, 駒井 武
    • 学会等名
      一般社団法人資源・素材学会東北支部2021年度春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 再生可能キレート剤と産業廃棄物を用いたCO2鉱物化システム2021

    • 著者名/発表者名
      井ノ本 航介, 王 佳ショウ, 渡邉 則昭, 中村 謙吾, 駒井 武
    • 学会等名
      東北大学第3回環境科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 再生可能キレート剤と産業廃棄物を用いた重金属回収をともなうCO2鉱物化プロセス2021

    • 著者名/発表者名
      井ノ本 航介, 王 佳ショウ, 渡邉 則昭, 中村 謙吾, 駒井 武
    • 学会等名
      一般社団法人資源・素材学会2021年度 春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 50-150℃のキレート剤溶液におけるケイ酸塩鉱物の溶解ダイナミクスの解明2021

    • 著者名/発表者名
      J. Wang, N. Watanabe and N. Tsuchiya
    • 学会等名
      令和3年日本地熱学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] キレート剤の存在におけるアルカリ条件下での ケイ酸塩鉱物の溶解挙動2021

    • 著者名/発表者名
      J. Wang, N. Watanabe and N. Tsuchiya
    • 学会等名
      一般社団法人 日本鉱物科学会 2021年年会・総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考] JGLOBAL_ID=202203016466663249

    • URL

      https://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=202203016466663249

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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