金属資源を全量輸入する製鉄大国・日本
日本の金属資源自給率は0️％で、レアメタル・ベースメタルともに100％を輸入に頼っています。世界における金属の生産トップ５は、上から鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛の順で、生産量でいえば鉄が年間18.7億トンで２位のアルミニウムは0.6億トン。その生産量には31倍もの開きがあり、圧倒的に鉄のニーズが高いことがわかります。
現在は年間生産量の約半分が中国で作られ、2位にインド、3位に日本と続き、日本では年間約1億トンの鉄を生産。質の高い鋼材を生産できるその技術力をもって、日本の鉄鋼業は世界にインパクトを与え続けており、大型インフラに必要不可欠な鋼材を中心に世界中に輸出されています。
一方、製鉄プロセスで排出される温室効果ガスの削減やカーボンニュートラルへの加速は無論のこと。製鉄プロセスやリサイクルプロセスにおいて、徹底的な効率化で純度の高い金属を生成し、できる限り無駄(ごみ)スラグを出さないことは、今や命題ともいえるでしょう。

さらなる効率化を目指す金属リサイクルの今
金属材料の循環システムは、天然資源から金属部品・製品を作り、それを組み上げて車、船、建物などの大型製品を製造、例えば自動車の場合15年ほどの消費で一部を除きほとんどの部分はリサイクルされ別の金属として生まれ変わっています。
天然資源の全てを輸入に頼る日本において、リサイクルを経た二次資源の有効利用は、消費エネルギーや環境負荷の面だけでなく、コスト面でも非常に重要です。
さらに鉱石とリサイクル材を合わせ、高純度の金属の生産を目指しますが、それには不純物の除去が不可欠。質量保存の法則によって元素をマジックのように消すことは出来ず、何らかの方法で元素を分離させなければなりません。これを元素分離といい、三木研究室では、特に異相に元素(不純物)を移動させ分離させる方法を研究しています。

溶鉄中の不純物をいかに取り除くか
不純物除去の精度によって、製造できる金属の純度にも差が生じます。酸化しやすい元素や蒸発しやすい元素は除去しやすいため、鉄よりも酸素に対する化学親和力の高い元素を添加することで、酸化物を生成させて除去する溶鉄中の不純物酸素除去なども方法のひとつであり、現在の主流になっています。
いずれにしても温室効果ガス排出を抑えつつ、社会・経済に不可欠な金属材料を生産し、うまく元素循環させること目的に研究を進めています。