世界は長い間、爆破によってマグネシウムを採掘してきました。この採掘方法は鉱石を粉砕し、大量のエネルギーを使って大型の炉を駆動する必要があります。微量金属を抽出するためには、海水に大量の化学添加物を投入する必要があります。全体として、この方法は極端で高価ですが、コンクリートから睡眠補助食品まで多くの製品を支える重要な鉱物を世界に提供しています。現在、マサチューセッツ工科大学の2人のエンジニアが、この破壊的なプロセスを穏やかな電気パルスで置き換えようとしています。研究者たちは、ビスマス電極を利用して海水から直接マグネシウムを抽出する持続可能な電気化学的方法を開発しました。
この方法は、既存の高エネルギー消費の岩石採掘や添加物が豊富な海洋抽出の代替として豊富な選択肢を提供します。医療や建設分野での需要が高まる中、チームは電気化学が経済的なマグネシウム生産の方法を提供できることを期待しています。研究の第一著者であるデビッド・キンは、「私たちは伝統的に海水を脱塩化し保護する必要があるものと考えていますが、実際にはそれは巨大な貴重な資源の貯蔵庫です。」と述べ、さらに「海水は基本的に無限ですが、まだ十分に利用されていない資源の備蓄を表しています。」と付け加えました。
新しい電気化学的方法がマグネシウム抽出に持続可能な解決策を提供
海洋からマグネシウムを抽出するプロセスは次の通りです：マグネシウムは地殻中で8番目に多く、海水中では3番目に豊富な溶解元素です。それにもかかわらず、供給は主に中国が支配しています。海水にはミネラルが豊富に含まれていますが、主にナトリウムが占めています。通常、これらを分離するには複雑なフィルターメンブレンが必要で、これらのフィルターメンブレンは詰まりやすく、運用コストを引き上げます。新しいシステムはこの課題を克服することを目指しています。研究者のT. Alan HattonとKripa Varanasiは、カスタムビスマス電極を使用して、原水から高純度のマグネシウムを直接抽出する層状の電気化学電池を構築しました。
この技術は、高価なポリマーメンブレンや厳しい化学沈殿剤の使用を克服しました。興味深いことに、このシステムは普通の海水から純粋な塩化マグネシウムを抽出し、推定基準コストはトンあたり¥17,010（US$107）で、現在の市場価格の一部に過ぎません。
この技術はマグネシウム供給チェーンを変える可能性を秘めています
この開発の核心は選択性にあります。研究者たちは海水のミクロチャネルに薄いビスマス電極を配置し、正確な電場をかけて水の局所的な酸度を一時的に変化させます。この微妙な化学変化により、マグネシウムイオンが固体水酸化マグネシウムの形で分離されます。実際の海水を1つのチャネルで流し、別のチャネルで電解質を流し、電場をかけることで、水酸化マグネシウムが捕獲されます。電流の極性を逆転し、流体の流れを調整することで、沈殿物は自動的に液体塩化マグネシウムに再溶解されます。このサイクルを通じて、総生産量が増加し続けます。
繰り返しのサイクルを通じて、このシステムは濃度を8倍に増加させ、マグネシウムとナトリウムイオンの比率は20対1に達し、既存のすべての電気化学システムを超えています。需要が急増する中で、便秘治療、睡眠補助剤、軽量工業合金が同じ限られた供給を競っています。マグネシウムは最も軽い構造金属であり、アルミニウムと結合して超軽量で高強度の合金を形成し、自動車部品、航空機の機体、高性能自転車に応用されて燃費を向上させます。¥17,010（US$107）という推定コストは抽出後の乾燥コストを考慮していませんが、コアの経済性は依然として驚異的です。
もしこれをスケールアップできれば、海洋は単に保護する存在から、静かで自己再生する重要な鉱物工場へと変わるでしょう。
キンは「もしこの研究が誰か一人でも電気化学が私たちの利用可能な資源を持続可能な市場に変える方法を考えるきっかけになれば、私たちは意味のある成果を達成したことになります。」と述べています。海水からの抽出を通じて、この技術は供給チェーンを強化し、国内生産を促進し、海洋資源を重要な工業材料に変換するブルーエコノミーを支援します。この研究は『ACS Energy Letters』に発表されました。
項目 規格 推定基準コスト トンあたり¥17,010（US$107）