バイオベース資源確保戦略―都市鉱山・海底鉱山に眠る貴金属・レアメタル等の分離・回収技術―

Strategies for Ensuring Stable Supplies of Resources on the Basis of Biotechnology -Separation and Recovery Technologies for Precious and Rare Metals Untapped in Urban and Submarine Mines-

はじめに―元素資源を確保するためのバイオベース戦略―　 (小西康裕)

【第I編　微生物利用】

<バイオリーチング>

第1章　好酸性鉄酸化菌を利用した廃電子基板等のバイオリーチング　(宮田直幸, 東條ふゆみ, 谷幸則)
1　はじめに
2　使用済電子機器等のバイオリーチングと微生物の機能
3　好酸性鉄酸化細菌を用いた廃電子基板のバイオリーチング
3.1　供試試料の粒径および添加濃度の影響
3.2　Fe2+イオン添加濃度の影響
4　おわりに―バイオリーチングの効率化に向けた課題

第2章　バイオマイニング技術を用いた低品位硫化銅鉱の湿式製錬プロセス　(三浦彰)
1　はじめに
2　銅鉱石と製錬プロセス
2.1　各種銅鉱石の処理方法
2.2　銅鉱石の分析方法とリーチング特性の評価
3　バイオマイニング技術の概要
3.1 バイオリーチング技術
3.2　バイオシグマ社のバイオマイニング技術
4　バイオマイニング技術の課題
5　おわりに

第3章　海底鉱物資源のバイオリーチング　(斎藤範三, 小西康裕)
1　はじめに
2　海底熱水鉱床鉱石のバイオリーチング
2.1　硫化鉱物のリーチング微生物
2.2　バイオリーチングの実用化可能性
3　マンガン団塊,コバルト・リッチ・クラストのバイオリーチング
3.1　酸化鉱物のリーチング微生物 
3.1.1　硫黄酸化微生物
3.1.2　マンガン(IV)還元微生物
3.1.3　鉄(III)還元細菌
3.2　バイオリーチングの実用化可能性
4　おわりに

<バイオソープション>

第4章　アーミング酵母による多様なレアメタルの選択的回収　(黒田浩一, 植田充美)
1　はじめに
2　微生物による金属吸着
3　細胞表層デザインによる細胞表層での吸着・脱着回収
4　酵母における細胞表層デザイン
5　重金属イオンの吸着・回収
6　レアメタル吸着・回収をめざした細胞表層デザイン
7　金属イオン吸着分子の改変による選択的吸着
8　細胞表層デザインによるウラン回収への試み
9　おわりに

第5章　アーミングハロモナス細胞を利用したバイオアドソープション　(仲山英樹)
1　はじめに
2　中度好塩性細菌ハロモナスの塩類集積環境下での環境応答システム
3　ハロモナスのゲノム情報を活用したセルフクローニング型の細胞表層工学技術の構築
4　アーミングハロモナス細胞を利用したバイオアドソープション技術基盤の構築
5　ハロモナスのゲノム工学によるバイオアドソープション技術の最適化
6　今後の展開

第6章　Shewanella属細菌によるレアメタルのバイオソープション　(小西康裕)
1　はじめに
2　バイオソープションとShewanella属細菌
2.1 バイオソープションの機構
2.2　Shewanella属細菌
3　希薄溶液からのレアメタルのバイオソープション
3.1　吸着分離に及ぼす操作因子の影響
3.2　吸着分離における選択性
3.3　連続操作による吸着分離
3.4　吸着分離後のレアメタル濃縮
4　使用済み液晶パネルからのインジウム回収バイオプロセス
5　おわりに

第7章　大腸菌によるタングステンのバイオソープション　(荻崇, 奥山喜久夫)
1　はじめに
2　既往のタングステン回収法について
3　大腸菌を用いたタングステン回収試験
4　吸着現象の平衡論,速度論,熱力学的解析
5　大腸菌からのタングステン回収と再資源化
6　おわりに

<バイオミネラリゼーション>

第8章　微生物還元作用を利用したセレン等の固形化回収　(池道彦, 惣田訓, 黒田真史)
1　はじめに
2　金属類の微生物還元作用
3　セレン, テルルの還元菌
3.1　セレン酸還元菌
3.2　亜テルル酸還元菌
4　セレン酸還元菌を利用した排水からのセレン回収
5　おわりに

第9章　バイオマンガン酸化物による廃水等からのレアメタル回収　(谷幸則, 常佳寧, 宮田直幸)
1　はじめに
2　バイオマンガン酸化物の形成とマンガンリサイクル
3　微生物が形成したマンガン酸化物を利用したレアメタルリサイクル
4　BMOの化学構造
5　“活性”BMOを利用した連続処理

第10章　工業排水からのレアメタル(コバルト,ニッケル等)回収システム　(大橋晶良)
1　はじめに
2　バイオMnO2の吸着性
3　マンガン酸化細菌の培養とMnO2の生成
3.1　マンガン酸化細菌の培養
3.2　マンガン酸化細菌の硝化細菌との共存培養
3.3　DHSバイオリアクターの特徴
3.4　DHSバイオリアクターによるMnO2の高速生成
3.5　バイオMnO2のレアメタル吸着
3.6　メタン酸化細菌との共存によるMnO2の生成
4　排水からのレアメタル回収システム
4.1　Mn・レアメタル同時回収システム
4.2　セパレートシステム
5　実用化に向けての酸化機構の解明
6　適用の拡大

第11章　使用済み自動車触媒からの白金族金属のバイオベース湿式回収プロセス (斎藤範三, 登操生, 伊藤淳, 小西康裕)
1　はじめに
2　希薄溶液からの白金族金属のバイオミネラリゼーション
3　白金族金属のバイオベース湿式回収プロセス
4　バイオベース湿式回収の実証実験データ　
4.1　ウォッシュコート粉体の希硫酸溶液による浸出
4.2　PGM含有残渣の王水による浸出
4.3　浸出貴液からのPGMバイオ分離・濃縮
4.4　微生物細胞からのPGM回収
5　バイオベース湿式回収プロセスの評価
6　おわりに

第12章　バイオカプセルによる工業廃水・電子基板等からのレアメタル・貴金属回収　(田川大輔)
1　はじめに
2　森下仁丹シームレスカプセルの製造方法
3　森下仁丹シームレスカプセルの機能と特性
4　生きた乾燥ビフィズス菌末のカプセル化
5　バイオカプセルの開発
6　レアメタル・貴金属回収カプセルの開発
6.1　レアメタル・貴金属回収カプセルによるレアメタル・貴金属の回収
6.2　電子基板等固体廃材からのレアメタル・貴金属の回収
7　微生物カプセルを導入した新規リサイクルプロセス
8　おわりに

第13章　微生物のバイオミネラリゼーションによる水溶液からの金の回収　(鶴田猛彦)
1　はじめに
2　金のバイオミネラリゼーションにおける微生物の選抜
3　金のバイオミネラリゼーションの経時変化
4　C. krusei による金除去におよぼす菌体量の影響と金の化学状態
5　C. krusei による金除去におよぼす金濃度の影響と金の化学状態
6　走査型電子顕微鏡を用いた微生物表面の観察・分析
7　固定化菌体を用いた塩化金酸水溶液からの金の除去および回収
8　おわりに

<バイオボラタリゼーション>

第14章　セレン等の揮発化回収　(山下光雄, 大塚治)
1　緒言
1.1　はじめに
1.2　セレンについて
1.3　セレン揮発化微生物
2　廃水からのセレン回収方法の概要
2.1　NT-I株の特徴
3　セレン気化回収
3.1　NT-I株培養によるセレン回収方法
3.2　モデル廃水からのセレン気化回収
3.3　実廃水からのセレン気化回収
3.4　気化セレン回収カラム
4　セレン以外のレアメタル気化回収の可能性
5　おわりに

<バイオアキュムレーション>

第15章　大腸菌による高濃度のレアメタル回収　(山本兼由)
1　はじめに
2　細菌細胞内金属ホメオスタシスを担うゲノム機能発現制御
2.1　細菌の金属特異的な細胞内外輸送システム
2.2　細菌の遺伝子発現制御システム
2.3　細菌の金属を特異的に感知する転写因子
3　大腸菌ゲノム育種によるモリブデン高蓄積能の付加
3.1　大腸菌ゲノム機能による金属恒常性の特徴
3.2　大腸菌モリブデン恒常性のゲノム機能
3.3　ゲノム育種によるモリブデン高蓄積能の付加
4　おわりに

第16章　バイオ変換による貴重リン資源の回収・有効利用技術　(廣田隆一, 黒田章夫)
1　はじめに
2　微生物を用いたリン酸のリサイクル技術
2.1　バクテリアのリン酸輸送機構
2.2　リン酸のポリリン酸へのバイオ変換
3　微生物機能を用いた未利用リン資源の活用
3.1　工業用途のリンと亜リン酸廃液
3.2　バクテリアの亜リン酸酸化還元酵素
3.3　亜リン酸のバイオ変換(1) : 亜リン酸を使ったNAD(P)H再生系
3.4　亜リン酸のバイオ変換(2) : 亜リン酸を利用した微生物大量培養技術
3.5　亜リン酸のバイオ変換(3) : 亜リン酸を利用した究極の省リン施肥技術
4　おわりに

第17章　細菌によるレアメタルの回収　(岡村好子)
1　はじめに
2　マンガンノジュールの形成
3　細菌にとってのマンガン酸化
4　陸上のマンガン鉱床
5　マンガン酸化菌によるマンガン回収
6　細菌によるニッケル回収の可能性
7　他の元素の回収の可能性
8　おわりに

<その他>

第18章　微生物燃料電池・微生物電解セルを用いた廃水からのエネルギー回収型リン回収システム (本山亜友里, 市橋修, 廣岡佳弥子)
1　はじめに
2　生物電気化学システム(Bioelectrochemical systems)とは
2.1　微生物燃料電池(Microbial fuel cell : MFC)の概要
2.1.1　MFCとは
2.1.2　構造
2.1.3　原理
2.2　微生物電解セル(Microbial electrolysis cell : MEC)の概要
2.2.1　MECとは
2.2.2　構造
2.2.3　原理
3　生物電気化学システム(Bioelectrochemical systems)を用いたリン回収
3.1　概要
3.2　MFCによる廃水からのリン回収
3.2.1　概要
3.2.2　MFCによるリン回収に影響する因子の解明
3.2.3　MFCによる養豚廃水からのリン回収
3.3　微生物電解セル(Microbial electrolysis cell : MEC)によるリン回収
3.3.1　概要
3.3.2　一槽型微生物電解セルを用いた廃水からのリン回収
3.3.3　二槽型微生物電解セルを用いた廃水からのリン回収
4　総括


【第II編　植物利用】

第1章 金属資源回収可能なコケ植物の研究と開発　(井藤賀操, 加藤由佳梨, 川上智)
1　はじめに
2　金属回収素材としてのコケ植物原糸体
3　ソマティックミューテーションを介したコケ植物原糸体の性質改善
3.1　体細胞の突然変異
3.2　重イオンビーム照射技術
3.3　改善された性質
4　コケ植物とかかわりのある水
5　おわりに

第2章　循環型エネルギーを利用した硫酸性温泉紅藻によるレアアース回収システム　(蓑田歩)
1　硫酸性温泉紅藻 Galdieria sulphuraria
2　硫酸性温泉紅藻によるレアアースの選択的回収
3　循環型エネルギーを利用した硫酸性温泉紅藻によるレアアース回収システム

第3章　微細藻類を利用するパラジウムや金の回収およびその蓄積機構　(保倉明子)
1　はじめに
2　微細藻類Pseudococcomyxa simplexの培養方法
3　Pdの添加と分析用試料調製
4　蛍光X線分析によるPdの定量結果
5　藻類に取り込まれたPdの化学形態分析
6　Auの添加と分析用試料調製
7　Auの蓄積量とその化学形態
8　まとめ

第4章　重金属超集積性植物によるニッケル・マンガン等の回収　(水野隆文)
1　はじめに
2　ニッケル超集積性植物からのニッケル回収
3　マンガン超集積性植物コシアブラからのマンガン回収
4　その他金属のファイトマイニングの可能性
5　おわりに


【第III編　生体分子・バイオマス利用】

第1章　DNAや白子によるレアアースの吸着を利用したレアアースの分離・回収　(高橋嘉夫, 近藤和博)
1　はじめに
2　EXAFS法による固液界面のレアアースの存在状態解明
3　バクテリア細胞壁へのレアアースの吸着
4　DNA固定ろ紙の開発と応用
5　白子への展開
6　おわりに

第2章　選択的レアメタル/アース回収能を持った人工設計ペプチドの創製　(田村厚夫)
1　はじめに
2　ペプチド機能の特色
3　レアメタルに結合するタンパク質の創製は可能か?
4　構造デザインと機能デザイン
5　レアメタル結合ペプチドの創製
6　センサー能の発見と選択的回収
7　レアアースへの展開
8　おわりに

第3章　タンパク質性バイオマスを用いた貴金属のリサイクル　(丸山達生)
1　はじめに
2　タンパク質と貴金属イオンの相互作用
3　タンパク質性バイオマスによる貴金属イオンの吸着
4　タンパク質性バイオマスを用いた実在廃液からの貴金属回収
5　タンパク質-貴金属イオン間相互作用のメカニズム
6　まとめ

第4章　マリンバイオマス廃棄物を有効活用した廃電子機器からの貴金属・レアメタル分離材の開発とその応用　(馬場由成)
1　はじめに
2　マリンバイオマス廃棄物を活用した高選択的キレート吸着材の開発
2.1　吸着材の素材としてのキチン・キトサン
2.2　キチン・キトサンの性質を活かした高選択的吸着材の分子設計と細孔構造設計
2.2.1　キチンを出発原料とした架橋キトサン(CLAC)の調製
2.2.2　キトサンを出発原料としてエマルション法を活用した貫通孔をもった超多孔性キトサン真球状体(OWOC)の調製
3　新規キトサン誘導体の開発と貴金属・レアメタルの吸着選択性の評価
3.1　3,4,5-トリヒドロキシ安息香酸(没食子酸)を配位子とするキトサン誘導体(GAC)の合成とその金属イオン吸着特性
3.2　N, Sを配位原子とするキトサン誘導体の合成と貴金属イオンの吸着特性
3.3　グルコースを配位基とするキトサン誘導体(GLC)の合成とSb, As, Seの有害金属イオン吸着特性
4　おわりに

第5章　ポリフェノールを用いた貴金属回収　(川喜田英孝)
1　はじめに
2　果実廃棄物中のポリフェノールによる貴金属の回収
3　バイオマス廃棄物由来のポリフェノール吸着剤による金イオンの回収
4　アミノ基導入型ポリフェノール吸着剤の調製および貴金属の回収
5　カラム充填型システムによる連続的な貴金属回収プロセスの構築
6　酵素反応で重合したポリフェノールによる貴金属の回収
7　ポリチラミンの還元性と溶解性を用いた金イオンの回収
8　ポリチラミンによる白金イオンとパラジウムイオンの回収
9　おわりに


【第IV編　バイオリソース探索】

第1章　ゲノム情報を活用した金属結合タンパク質の探索　(仲山英樹)
1　はじめに
2　ゲノム情報から推定される金属結合タンパク質の現状
3　ゲノム情報を活用した推定MBDの探索
4　バイオアドソープションに有用なMBDの同定
5　今後の展開

第2章　マリンメタゲノムライブラリーからの元素濃縮遺伝子の検索　(岩本浩二, 新家弘也, 竹山春子, 白岩善博)
1　はじめに
2　メタゲノムライブラリーの構築
3　目的元素
4　多検体に対応したハイスピードの元素吸収・濃縮活性検定法(マルチスクリーン-BAS法)の開発:一次スクリーニング法の開発
5　シリコンオイルレイヤー遠心法による三次スクリーニング法の開発
6　元素濃縮能を付与する目的遺伝子の絞り込み
7　マリンメタゲノムライブラリーからの高度元素吸収・濃縮クローンのスクリーニング
8　カドミウムの高度吸収・蓄積能力を付与する遺伝子の特定
9　ORF5の機能解析
10　おわりに

第3章　放射性セシウム,ストロンチウム,ヨウ素の濃縮・回収能を有する微細藻類株の探索　　(岩本浩二, 白岩善博)
1　はじめに
2　スクリーニングに用いた生物材料
3　放射性物質の吸収・濃縮活性および除去能力の検定
4　微細藻類等による放射性物質吸収・濃縮活性/除去
5　新規真正眼点藻V. crystalliferumの放射性セシウム吸収・濃縮
6　藻類を用いたファイトレメディエーションの可能性
7　おわりに


おわりに　(小西康裕)
1　都市鉱山・海底鉱山に眠る貴金属・レアメタル回収技術の必要性
2　バイオベース分離・回収技術が果たす役割
3　資源大国に向けての展望