押し寄せるグラフェンブームが秘める環境リスク――製造過程における汚染

グラフェン材料自体の環境上の懸念はほとんど注目されていないものの、グラフェンの工業的生産過程における環境問題はすでに表面化している。 グラフェンの大量生産が生態系に影響を与えるか、バックエンドの汚染はどう回収するか――「これは私たちが集まって話し合う問題です。」”厦門ケイナ・グラフェン技術有限公司の運営ディレクター、方崇卿は述べている。 議論の結果、意見の相違は甚だしいものであった。江蘇省常州市の**科学研究機関である江南グラフェン研究院の名誉理事長である馮冠平は、グラフェン産業は環境に優しい産業だと考えている。しかし、匿名の業界関係者の中には、別の極端な見解を持つ人もおり、一部のグラフェン製造企業は「厳密に言えば環境影響評価を全く通過できない」と考えている。 現在、産業界では化学気相成長法（CVD）や酸化還元法がグラフェン製造に広く用いられているが、まだ工程は未熟な状態である。 化学気相成長法は、メタンなどの炭素含有ガスを原料とし、高温状態で炭素原子を金属基板上に順番に並べることで、平方メートル単位で表されるグラフェン薄膜を「成長」させます。業界では、この製造方法は環境に負担をかけないと一般的に考えられている。 環境リスクは主に酸化還元法に存在する。この製造法は、グラファイトを強酸と反応させて酸化グラファイトを生成し、それを分散させて酸化グラフェンを作り、さらに還元剤を加えることでグラフェン粉末を得るものです。 酸化還元法では大量の水と硫酸が消費され、同時に大量の酸性廃水と廃酸が発生する。製造されるグラフェン粉末は一般的に多層の炭素原子を含んでおり、厳密な意味での単層グラフェンと比べて性能が低下する。 国内に実際にいくつのグラフェン製造企業があるかについては、現在、公式な統計が存在せず、一部の企業は生産能力や製造方法を外部に公開していません。連盟の李義春事務総長の見積もりによると、現在、量産規模に近いグラフェン薄膜を生産している企業は3社、量産規模（年間生産能力10トン）に達しているグラフェンパウダーを生産している企業は5社あり、東莞にはグラフェンスラリーを量産している企業が1社ある。その他にも20〜30社がグラフェン生産のパイロットラインを構築した。 グラフェン粉末を製造する企業の大多数は、酸化還元法を使用している。 “膨張黒鉛とは、1トンの黒鉛に2トンの硫酸を加えるもので、すでに十分汚染度が高い。またそんなもの（酸化還元法）をやるつもり？それじゃ、さらに汚染するだけじゃない？”鴻納（東莞）新材料科技有限公司はグラフェンペーストを生産しており、李琦董事長はそう語った。同社の製造工程は上記の2つとは異なり、「営業秘密であり、公開できない」。 しかし、実際の汚染は目立たない。企業の総数が少なく生産能力が低いことに加えて、もう一つの理由は、多くの企業が毎日操業していないことです。 李義春は、現在、グラフェンの下流分野での応用が追いついておらず、それがグラフェンの生産や産業の発展を制約していると述べた。“（多くの企業が）生産ラインを作ったら、一度生産してみて、下流の顧客がいればまた生産する、という具合です。” しかし、いったん応用が実現すれば、グラフェン産業の発展は飛躍的に進む可能性がある。 10月29日に開催された2015中国国際グラフェンイノベーション大会において、工業情報化部原材料工業司の周長益司長は、グラフェンを含む新素材産業の発展に関する「十三五」計画が間もなく策定されると明らかにした。 “今年はグラフェンの産業化の第一年で、売上高は5億と見込まれており、来年は少なくとも数十億になる見通しです。”李義春は「東莞のホンナのように、昨年は100トン規模のペースト生産ラインだったのに、今年には1万トン規模になっている。真似するのはとても早い」と語った。”

汚染処理にかかるコストは総コストの10％。「他のグラフェン製造企業は規模が小さいため、このような切迫したニーズはまだない。」私たちは、あの会社（廃棄物処理業者）が一日でも廃酸を回収しに来なければ、焦って飛び降りてしまいそうです。” 高さ5メートルの反応釜8基の前に立ち、巨大な機械の轟音に包まれながら、常州第六元素材料科技株式会社（以下、第六元素）の工場長である羅洪中は心配そうな表情を浮かべていた。 第六元素は、毎日営業している数少ない企業の一つです。年間生産能力は100トンで、1日あたりの平均生産量は300キログラム以上。ロ・ホンジョンによると、同社は国内で酸化還元法を用いてグラフェン粉末を製造する企業の中でトップに位置している。 酸化還元法によるグラフェンの製造は水と酸を多く消費することが、業界の共通認識である。しかし、各工場の製造工程が異なるため、具体的な比率も違ってきます。 ロ・ホンジョンは第6元素の台帳を計算した。グラフェン1トンを生産するには、硫酸が40〜50トン、新鮮な水が120〜150トン必要だ。 硫酸の消費量が最も多い肥料製造業界では、リン酸肥料1トンを生産するのに約360キログラムの硫酸が必要となる。中国水利水電科学研究院が2015年に発表した「我が国の高水消費型工業の水利用効率評価」によると、2011年時点で中国の石油業界において、1トンの製品を生産するために必要な水の量は1.1～7.3トンであった。 不純物を除去するだけの工程で、1トンのグラフェンを生産するには約30トンの水が必要となる。ロ・ホンジョンによると、第6元素が2013年に初めて量産された当初は、1トンのグラフェンを洗浄するのに50～60トンもの水が必要だったが、現在の1:30という水使用量は、工程を最適化した結果なのだそうだ。 彼をさらに悩ませるのは、高額な廃酸処理コストだ。 少なくとも1:40の硫酸を酸化剤として反応槽に加え、反応が終了すると濃度が希釈されるため、廃酸の量はほぼ2倍になる。関連規定により、これらの廃酸は危険廃棄物処理の資格を持つ企業に処理を委託しなければならない。 “1トンの硫酸を買うと500元しかかからないが、2トンの廃酸になると、処理する企業は800元を請求してくる。酸にかけた費用が1300元になり、これはかなり高い金額です。”ロ・ホンジョンは大きなプレッシャーを感じていた。 ロ・ホンジョンは『南方週末』の記者に、現在、工場内での生産廃棄物処理コストが総コストの10％を占めていると語った。“他の化学企業が1％を占めるだけでもすでに素晴らしいことです。現在、1トンのグラフェンを生産するコストは200万から300万であり、私たちとしては依然として高すぎると考えています。” アメリカのモントクレア州立大学化学科の准教授である侯士峰は、山東省済寧市に工場を建設し、酸化還元法を用いてグラフェンを生産している。現在の年間生産量は2トンで、30トンの生産能力を持つ生産ラインがちょうど建設されたところだ。彼は、工場内の三廃処理コストが総コストの10％「それよりも少し高くなる可能性がある」と述べた。 彼の工場では、1トンのグラフェンを生産すると20～30トンの廃酸が発生する。“このプレッシャーはかなり大きいです。正直言って、これは確かに大きな問題だ。

言われなければ、これが環境にもたらす問題に気づかない。発展を進めつつ、環境保護をしっかり行うしかない。

これを見て、10年前の多結晶シリコンを思い出した

法制＋道徳＋責任＝クリーン生産

ここ数年、環境を顧みずに無理なやり方をするケースが多かった。映画の利益は他はともかく、今は改善しているはずだよね。子孫に災いを及ぼすようなことは、やらない方がいい。

現在の**レベルで急いで取り組むという方針からすれば、次に取り組まれるのはおそらく多結晶シリコンでしょう

数年前の太陽光発電産業を思い出させます！ 実際、現在最も作成しやすいグラフェン粉末（現時点では）は固相挿入法および液相膨張法であり、グラフェンの表面は強酸強アルカリによって破壊されておらず、官能基もほとんどない。そのため、応用面においては、各社が独自にグラフェンの改質に取り組むことができるのだ！ 交流を歓迎します。微信：six_river