サステナビリティ
人工リリーパッドでリチウムと鉱物抽出効率を向上させる
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鉱物採掘の代替手段
世界の産業に必要な主要鉱物を生産する際、実質的に考えられる供給源は3つだけです：岩石の採掘、リサイクル、そして溶解した鉱物の精製です。鉄やアルミニウムのような材料では、従来の鉱山が主要な供給元であり、リサイクルも一定の貢献をしています。
しかし、リチウムのような材料の場合、主要な供給源の一つはブライン（鉱物が豊富に含まれる水）であり、そこに含まれる鉱物を回収するために蒸発させる必要があります。同様の手法は、最も重要な2つの肥料である硝酸塩とカリ（ポタッシュ）の生産にも頻繁に用いられます。
この方法には数千エーカーに及ぶ巨大な蒸発池が必要であり、地域の生態系に大きな環境負荷をもたらします。
出典: SQM
これまでのところ、池を温めて水を蒸発させるのは太陽光だけに依存して実現されてきました。このプロセスは効率が非常に低く、そのために広大な面積が必要となります。
プリンストン大学の研究者が、リチウム生産大手のSociedad Química y Minera de Chileと協力して開発した、蒸発速度を高める新素材のおかげで、状況が変わりつつあるかもしれません。
彼らはこの発明をNature Water1に「持続可能なブライン採掘のための界面太陽蒸発」というタイトルで掲載しました。
リチウムの大量生産
（あまり持続可能でない）グリーンエネルギー
岩石（スパジュメン鉱床）から抽出されない場合、リチウムは主に他の塩類や溶解鉱物と混ざった鉱物ブラインに存在します。ブラインは主に地下水から採取されるか、淡水で鉱物豊富な鉱床からリチウムを浸出させて作られます。
現在、世界では数万ヘクタール規模の太陽光蒸発池がリチウム抽出に使用されており、チリだけでも6,000ヘクタール（14,800エーカー）があります。
この方法はこれらの地域の水供給に極度の圧力をかけています。さらに悪化させるのは、リチウムが豊富な地域は概ね砂漠であり、経済的に採算が取れる鉱床がそこに集中していることです。そのため、限られた水がリチウム産業に完全に奪われ、地域の生態系やコミュニティが危機にさらされる可能性があります。
エネルギー消費
これらの蒸発池は「無料」の太陽エネルギーを利用する手法です。機械的蒸気圧縮や超高圧逆浸透といった電力を使用する代替手段に比べて優れています。
環境的にはより良い可能性がありますが、これらの電力ベースの手法は大規模に実装することは不可能です。例えば、チリの蒸発池だけで年間65 TWhの太陽エネルギーを利用しており、チリ全体の年間総生産（約90 TWh）の70％を超えています。
重要な問題は、コストは低いものの、蒸発池方式は効率が非常に低いことです。太陽エネルギーの半分未満しか熱エネルギーに変換されず、蒸発に寄与しています。
ここでプリンストン大学の研究者による発明が登場します。
肥料
蒸発池はリチウムだけでなく肥料の生産にも利用できます。特に、SQMはカルシェ鉱石と塩湖ブラインから年間150万トンの硝酸塩を生産しています。
出典: SQM
これは、SQMがブラインから抽出する複雑な化学混合物の一部で、リチウム塩化物、塩化カリウム、塩化マグネシウム、ホウ酸、硫酸カリウムなどが含まれます。カリウムはさらに混合されて硝酸カリウムが生成されます。
直接採掘や天然ガスを用いた窒素系肥料（ハーバー・ボッシュ法）の合成に比べれば大きな供給源ではありませんが、これも環境への影響が大きい生産プロセスであり、より効率的な蒸発池によって改善できる可能性があります。
蒸発の最適化
過去の発見
蒸発池効率向上に関する最新の研究開発は、同じ研究者やこの分野の他の研究者による過去の研究に基づいています。彼らは「界面太陽蒸発（ISE）」と呼ばれる現象に取り組んできました。
ISEの核心概念は、非常に光吸収性の高い素材を用いて太陽放射のほぼ100％を捕捉し、同時に塩分と鉱物が豊富な水を吸収することです。
出典: ResearchGate</caption]
さらに、時間とともに効率低下を招く塩の蓄積や結晶化を防ぐための進展も見られ、特に塩逆流強化、ヤヌス構造設計、および方向性結晶化が挙げられます。
官民パートナーシップ
この研究は大学のSTART Innovatorsプログラムの一環として行われました。このプログラムは学術フェローシップとスタートアップアクセラレータを組み合わせたもので、研究者が技術開発を継続しながらビジネスプランを策定し、初期段階のベンチャーを構築できるよう支援しました。
「教員や研究者が自らの技術を商業部門へ効果的に移転できるエコシステムを育成することは、イノベーションオフィスの核心的な機能です。」Craig Arnold – Vice Dean for Innovation and University Innovation Officer.
このアプローチは、ラボでのアイデアを産業規模へ迅速に移転し、学術研究者の技術的スキルを実用的な応用へとより効果的に変換することを目指しています。
「Ren教授とそのチームのような研究者と共にできることは、彼らのアイデアに対する考え方を再方向付けすることです。我々の目標は参加者の視点を根本的に変えることで、プログラム開始時とは全く異なる視点で卒業させることです。」
「我々は、研究者の従来の範囲を超えるかもしれない複雑な質問を投げかけますが、これは学術イノベーションを成功へと結びつけるために不可欠です。」Nena Golubovic – Director of the Design for Impact program in Sciences and Engineering
この取り組みは成果を上げているようで、技術は「子供用プールの小型プロトタイプ」から、南米の鉱物生産施設で商業化準備ができた製品のテストへと、2年未満で移行しました。
「プリンストンは、私たちが小規模事業として成功するために必要なスキルと知識を教えてくれる基盤、エコシステム、リソースを提供してくれました。」Sean Zheng – Princeton Critical Minerals’ CEO (formerly PureLi)
効率向上
従来のプロトタイプが木材を水搬送素材として使用していたのに対し、研究者はねじれたセルロース繊維結晶化装置を発明しました。これにより、迅速な水蒸発だけでなく、リチウム選択的回収のために空間的に分離された結晶化が可能になります。
さらに、炭素系素材に独自のコーティングを施し、速い蒸発、鉱物分離、そして汚染防止特性を実現しました。
スタートアップのPrinceton Critical Mineralsは、SQMが所有する実際のリチウム蒸発池で最初のプロトタイプをテストしました。その形状は水面に浮かぶリリーパッドのようです。
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サーマルカメラで観測すると、水面がはるかに高温であることが明らかになり、特に人工リリーパッドの特定領域にホットスポットが見られます。この設計は、開放型池の50％の効率に対し、太陽エネルギーの96％を熱エネルギーに変換できることが実証されました。
出典: ResearchGate
この結果、蒸発速度は全体的に劇的に向上し、平均で2倍（ブライン濃度により40〜122％の増加）になりました。また、プロセスがはるかに速く進むため、池底への水損失も大幅に減少しました。
出典: ResearchGate
さらなる研究
サーマルカメラのデータは、人工リリーパッドが機能する鍵は、熱が失われる底部ではなく、蒸発が実際に行われる池面に太陽熱を保持することにあると証明しました。
温度は鉱物の溶解度に影響するため、リリーパッド表面の温度をさらに微調整すれば、リチウム生産をさらに向上させる可能性があります。
「これらの疑問は、現地テストの結果を見て初めて浮かび上がってきました。もし研究をラボにとどめていたら、この新たな方向性は現れなかったかもしれません。」Z. Jason Ren – Professor of civil and environmental engineering
次のステップは、人工リリーパッドの大量製造を開始し、デバイスの経済性やPrinceton Critical Mineralsの長期的なビジネスモデルを検討することです。
リチウム蒸発企業
SQM 価格チャート
SQMは世界で2番目に大きいリチウム採掘企業で、チリに拠点を持ち、リチウムが同社事業の中心を占めています。また、天然由来の硝酸カリの市場リーダーであり、ヨウ素、塩化カリウム、ホウ酸、塩化マグネシウムなどの特殊化学品も販売しています。
出典: SQM
2023年4月、チリ政府が国内リチウム産業の部分的な国有化を脅かす動きを取ったため、同社はこれに直面しました。最初の衝撃を乗り越えると、計画の詳細は依然として民間の外国投資を呼び込む意向であることが明らかになりました。
具体的には、国営リチウム会社ColdecoがSQMとの契約を再交渉しており、他のリチウム埋蔵体も採掘対象として提供される予定です。既存の契約は依然として尊重され、2030年まで有効です。
交渉は継続中で情報はほとんど入手できず、SQMの長期的な将来を予測するのは困難です。それでも、チリは経済が鉱業に大きく依存しており、国有化計画に対する初期の反発はリチウムだけでなく全鉱業への信頼にも影響を与え、政府は当面の野望を抑制せざるを得ませんでした。
国有化の脅威に続き、国際的なリチウム価格は持続的に下落し、同社の株価も2022年末の最高値から下落しました。
出典: Carbon Credit
リチウムは販売量が13％増加し、前年同期比で平均販売価格が41％大幅に低下（4Q2024 対 4Q2023）
リチウム価格の低下により、同社は2024年に他の製品からの収益が過去に比べて大幅に増加し、ヨウ素が粗利益の39％を占めています。
出典: SQM
これは、同社の実際のリスクを反映していると見ることも、リスクを取って堅実な配当利回りを得ようとする投資家にとっての機会と見ることもできます。
すべてのリチウム投資と同様に、投資家はEV市場（需要やリチウムを使用しないナトリウムイオン電池などの革新的化学の可能性）に精通し、リチウム価格の高い変動性が当面続くと予想するでしょう。たとえ下振れリスクがある程度織り込まれていてもです。
（リチウムとバッテリーに関する詳細は、当社の記事「新しいナトリウムイオン電池でリチウム需要は急落するか？」、「アーカンソー州はリチウム需要への答えを持つか？」、および「ノーベル賞受賞技術への投資：リチウムイオン電池で世界を駆動」をご覧ください。
Sociedad Química y Minera de Chile S.A. の最新情報
参照研究：
1. Zheng, S., Oelckers, B., Khandelwal, A. et al.(2025). 持続可能なブライン採掘のための界面太陽蒸発. NatureWater 3, 135–137. https://doi.org/10.1038/s44221-025-00394-y
