海水100トンに、ウランはわずか0.3グラム
海は広大な資源の貯蔵庫である。だが、そこに溶けている物質を採り出せるとは限らない。原子力発電の燃料となるウランの濃度は、海水１リットル当たり約３マイクログラム。100トンの海水を集めても含有量は約0.3グラムにすぎない。濃すぎる塩分と、薄すぎる目的物。この二つが海水ウラン回収の根本的な難問だった。
日本原子力研究開発機構（JAEA）と九州大学は2026年11月12日、植物由来のセルロースで作った多孔質スポンジにウランを選択的に吸着させ、さらに取り出して素材を再利用する研究成果を発表した。論文は11月11日（米国東部時間）、米国化学会の査読付き学術誌「ACS Applied Materials & Interfaces」にオンライン掲載された。研究は海水から燃料を商業生産したとの報告ではない。しかし、吸着・脱離・再利用という連続した工程を実験で示した点に、新しさがある。
主役は、植物の細胞壁に由来する材料
研究に用いたのは、セルロースを加工したカルボキシメチルセルロースナノファイバー（CMCF）だ。研究グループは独自の凍結架橋法で、水が内部を通り抜ける空隙を多数持つスポンジ状の骨格を作った。水に触れても形が保たれる多孔質構造は、材料の表面だけでなく内部まで海水を届けるために役立つ。
ただし、普通のセルロースを水に入れればウランが集まるわけではない。研究者はスポンジにリン酸基という化学的な結合部位を導入した。ウランとの相互作用を担うのはこの機能化した部分である。「植物由来」という原料の特徴と、「化学加工によって狙った元素を捕まえる」という技術の核心は、分けて理解する必要がある。
天然海水では24時間で94％を吸着
成果の中核は実際の海水を使った試験にある。発表によれば、天然海水10ミリリットルにリン酸基を付与したスポンジ10ミリグラムを入れたところ、24時間後のウラン吸着率は約99％に達した。未加工のスポンジはほとんど吸着しなかった。さらに条件を変え、海水１リットルにスポンジ0.4グラムを用いると24時間で約94％、使用量を半分にした場合も１週間後には約90％を吸着した。
これらは限られた液量と接触時間で得られた吸着率であり、海中で同じ性能を継続できると示した数値ではない。海の流速、温度、波浪、付着生物、摩耗、季節変動を受ける大型設備での成績は、今後の検証課題だ。液体から対象元素を高い割合で除いたことと、材料１キログラム当たり大量のウランを経済的に得たことも、同じ意味ではない。
「１グラムで0.3グラム」の落とし穴
発表で目を引くのが、スポンジ１グラムにつき最大約0.3グラムのウランを吸着できると推定した数字だ。量だけ見れば、海水約100トンに含まれるウランに相当する。しかしこの最大吸着容量は、天然海水ではなく、ウランを人工的に加えたpH５の水溶液で評価した値である。海水100トンをスポンジ１グラムに通せば0.3グラムが回収できると実証したわけではない。
天然海水の試験条件から単純計算すると、海水１リットルに含まれる約３マイクログラムのうち94％を吸着した場合、捕集したウランは約2.82マイクログラム。そのために使用したスポンジは0.4グラムである。両者の比はスポンジ１グラム当たり約７マイクログラムで、人工的に濃くした試験での最大容量とは桁が大きく異なる。これは実験目的が異なるためであり、数値を矛盾として扱うべきではないが、読者が混同してはならない。
カルシウム、マグネシウム、バナジウムとの競争
海水で必要な元素だけを捕まえるのは容易ではない。カルシウムやマグネシウムなどの成分はウランよりはるかに高濃度で存在し、バナジウムもウラン回収を妨げうる競合元素として知られる。研究グループはこれらを添加したモデル海水で吸着を試験し、99％以上のウラン吸着率を維持したと報告した。
ここで重要なのは試験の範囲だ。示されたのは特定の共存元素を加えたモデル条件での結果であり、世界中の海域で同じ選択性が得られると保証するものではない。長期の運用では、スポンジ表面への生物付着や粒子の堆積、化学的劣化が性能と保守費を左右する可能性がある。研究の次の焦点は、天然海水を流し続ける条件で性能がどう変化するかだ。
重曹でウランを取り出し、３回使った
吸着剤には、捕まえたウランを離せることも求められる。研究者は炭酸水素ナトリウム、いわゆる重曹の水溶液で、スポンジに吸着したウランの約90％を脱離させた。さらに吸着、脱離、再利用という３サイクルの試験で高い回収性能を保ち、スポンジの多孔質構造と圧縮強度もおおむね維持されたと報告する。
重曹が身近な薬品だからといって、回収液を家庭で安全に扱えるという意味ではない。ここで対象とするのは放射性元素を含む専門的な実験工程であり、回収した溶液から核燃料の原料に至る精製、安全管理、廃液処理は別の課題となる。研究が実証したのは材料からの脱離と短期の再利用であって、何百回もの工業運転の寿命ではない。
香川・仁尾で13キログラムを回収した時代
「海水からウラン」は日本で突然始まった研究ではない。原子力関連の技術解説資料によれば、1950年代に英国で吸着剤の研究が進み、日本では香川県仁尾町（現在の三豊市）に実験設備を設け、1986～87年に主に水酸化チタン系吸着剤で試験を実施した。二年間で回収したウランは、ウラン精鉱として約13キログラム。大量の海水を扱う装置をつくり、微量の元素を実際に集めることができると示した。
その後はアミドキシム基を持つ樹脂や繊維の吸着剤が研究された。日本原子力研究開発機構の文献データベースには、1980年代から1990年代にかけて吸着材の改良、海水温度の影響、海流や波力を利用した回収システムの試験が記録されている。今回のセルローススポンジはこの蓄積の延長上にあり、原料の入手しやすさ、形状の維持、簡便な脱離という違う解法を提示している。
海を資源に変えるには、何を計算すべきか
海水中のウラン総量は数十億トン規模と推計される。それでも「豊富にある」ことは「安く取り出せる」ことを意味しない。最低限必要なのは、海水を材料に接触させる設備とエネルギー、吸着剤の製造、回収・洗浄、再生、濃縮・精製、廃棄物管理を通した総合的な原価計算である。
自然の黒潮に材料をさらすのか、発電所などの既存取水設備を利用するのかによっても設計は変わる。海流は送水エネルギーを減らす可能性がある一方、設備の固定、保守、漁業や生態系との調整を伴う。研究機関はこうしたプロセス全体のエネルギー消費と費用を今後評価するとしており、現時点で商業的な生産単価を公表していない。
原子力政策の賛否とは別に問われる技術
ウランの供給源が増える可能性は、資源輸入に依存する日本のエネルギー安全保障という観点から関心を集める。他方で、原子力を巡る安全性、使用済み燃料、事故時の影響、発電コスト、地域社会との合意は、ウランの調達方法が変わっても消えない。海水から回収できるから原子力発電全体が持続可能になる、と直結させるのは飛躍だ。
また、セルロースを使うことだけで環境負荷の低さが確定するわけでもない。加工に必要な薬剤と熱、装置の設置、海洋環境への影響、寿命後の材料処理まで含めた評価が必要になる。この研究は原子力政策の決着ではなく、極めて希薄な元素を取り出す化学と材料工学の一歩として読むべきだ。
次の実証は「流れる海水」の中にある
研究グループは、より大量の天然海水、連続通水、長期間の反復運用を試す方針を明らかにした。今回の成果には、ウラン以外の有用元素の回収や汚染物質の除去という将来の研究方向も含まれる。しかし、別の元素や汚染物質への同等の選択性まで検証されたわけではない。
実験室のスポンジを実際の海へ移すには、単位重量当たりどれだけ回収できるか、劣化はいつ始まるか、回収液をどう精製するか、環境への負担をどこまで抑えられるかを確かめる必要がある。海を資源庫と呼ぶ夢は古い。今回の発見が示すのは、その夢を科学的に評価できる工程が少し増えたということだ。
出典・調査方法
取材方法：原子力機構・九州大学の日本語原資料、査読付き論文の書誌情報、JAEAの技術史資料を照合した。研究者への独自インタビュー、実験の独立再現、製造原価や設備環境影響の独立評価は行っていない。