日本の領海と排他的経済水域（EEZ）をあわせた広さは世界6位で、国土面積の約12倍もある。この海域には、海底熱水鉱床やマンガン団塊、コバルトリッチクラストなどの金属鉱物資源や、メタンハイドレートなどのエネルギー資源が豊富に分布していることがわかっており、これらを産業利用するための技術開発に期待がかかっている。
筆者は以前、国立研究開発法人 海洋研究開発機構（JAMSTEC）や国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所が行う海中ロボットを使った海底資源調査の取り組み（「6000メートルの深海を探る『自律型」のロボット技術の今」）を紹介したが、今回新たに、海底鉱物資源調査を「効率化、高精度化するかもしれない」と期待される探査システムが登場した。
株式会社ワールドスキャンプロジェクト（本社：東京都新宿区、以下「W.S.P」）と、東京大学 生産技術研究所（東京都目黒区）のソーントン・ブレア准教授らの研究チームが共同で研究している、探査システムがそれだ。
具体的には、W.S.Pが開発した新型磁気センサー「ジカイ」と、東大生研ソーントン研究室が開発した3D画像マッピングシステム「SeaXerocks3」を、ROV（Remotely Operated Vehicle、ケーブル付きの遠隔操作海中ロボット）に搭載し、レアメタル資源などの海底鉱物に関する情報を取得するものとなっている（※）。
※「ジカイ」と「SeaXerocks3」は別々に開発されたもので、今回の探査システムはその2つを組み合わせている
今回開発された探査システムの仕組みや強み、今後の海底鉱物資源調査にどのような影響を与えるのかを、W.S.PのCTO（最高技術責任者）市川泰雅氏と、同社で「ジカイ」の開発に携わる片桐昌弥氏に聞いた。
「採掘の効率化」が長年の課題
日本のEEZ内には海底鉱物資源が豊富に存在すると言われているが、「（独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構やJAMSTECなどの機関は）それらをどう採掘するか、課題を抱えている」と片桐氏は説明する。
「海はとても広く、採掘する場所に行くだけで時間がかかってしまいます。移動時間が短ければ短いほど、燃料も少なくてすみ、コストも下がります。このため、なるべく効率よく、“おいしいところ”だけを採ってこられる方法が、ずっと模索されているのです」（片桐氏）
資源を効率よく採掘するためには、事前に「どこに」「どういった」海底鉱物資源があるのかを正確に把握する必要がある。この課題の解決に寄与する可能性があるのが、今回の探査システムに組み込まれた「ジカイ」と「SeaXerocks3」という2つの機器だという。
まず、3D画像マッピングシステムの「SeaXerocks3」は、「どこに（位置）」を記録する役割を担う。海底鉱物資源調査では、単にセンサーを持って行き、調査するだけでは意味がない。反応があった場所の位置情報（緯度経度）を記録することが重要だ。ただし、電波が届かない海中で位置情報を記録することは容易ではない。一般的には音波を用いて海上の調査船と通信するなどして位置を把握していくが、伝達速度が遅く、海流の影響も出るため「かなり大雑把な位置情報」になってしまうとのことだ。
片桐氏によると、「SeaXerocks3」は音波情報に加え、レーザースキャナやカメラを用いて写真測量を行える。調査の際に写真画像を撮ることで、海底の底質や高さなどの微細な状況を把握できるとともに、「（その画像内の特異点を）おおまかな（周辺全体の）海底地形図と重ね合わせることで、正確な位置を割り出せる」という。
「さらに、最終的に全ての画像をつなぎ合わせることで、全体像を見ることもできるし、なおかつズームして細かいところも見られる。そうしたことができる、非常に優秀な3次元画像マッピングシステムとなっています」（片桐氏）
“磁気異常”から鉱物資源の場所を探る
一方、片桐氏らが開発する新型磁気センサー「ジカイ」は、ドローンに搭載して資源調査や地雷の探知など地中の金属探査に活用されている。センサーが有効なのは地上だけでなく、海中でも「どういった」鉱物資源が海底に存在するのかを調べる際に役立つという。
地球全体はN極、S極を持つ巨大な磁石になっており、大きな磁束の流れを帯びている。鉄などの磁気を帯びやすい鉱物は、この磁束の流れを取り込みやすく、それにより周りに磁力の乱れ（磁気異常）を生じさせる。『ジカイ』はこの磁力の乱れを高精度に検知できるセンサーであり、ROVに搭載し海底近くを潜航させことによって、海底鉱物資源が発する（であろう）磁気異常を記録できるとのことだ。
「海底鉱物調査において磁気異常を調べるメリットは、（磁気が）電波のように水中で減速することが少ないため、海底にある鉱物を調べやすい点にあります。また、磁気異常は土の中からも（強さが弱まることなく）伝わってきます。それを高精度に検知することで、土の中に埋まっている鉱物資源の詳細な情報を手に入れられます」（片桐氏）
実は、磁気センサーはこれまでも海底鉱物資源調査に用いられてきた。しかし、「ジカイ」は従来の磁気センサーとは異なる原理を用いており、このことが「海底鉱物調査の精度を上げる可能性が高い」と市川氏はいう。
「フラックスゲートや光ポンピングなど従来方式を用いた磁気センサーでは、水中ドローンのモーターから発生する磁気の影響を受けてノイズが発生（着磁）し、正確な値が得られませんでした。しかし、我々の『ジカイ』は、強力な磁石に近づけても影響を受けない仕組みになっており、従来の磁気センサーよりも信頼性の高い計測値を得られるようになっています」（市川氏）
また、従来型の磁気センサーは（海底鉱物調査に用いる場合に）大型化する傾向にあるのに対し、「ジカイ」は小型軽量であるため、ROVなどの「操作を邪魔しない」ほか、複雑な構造の従来型センサーに比べ、非常にシンプルな構造であり、「滅多なことで壊れない点も大きな強み」とのことだ。
「こうしたさまざまなメリットを持つ『ジカイ』と、東大生研ソーントン研究室の『SeaXerocks3』を組み合わせることで、『どこに』『どういった』海底鉱物資源があるのかを調べる海底鉱物資源調査を一段上の次元に引き上げられると私たちは確信しています」（片桐氏）
「海底資源マップ」の作成に向けて
2023年、W.S.Pおよび東大生研ソーントン研究室らが参加する研究チームは、海底鉱物資源が有望視されている深海1700メートルで海底での磁気異常計測とその正確な位置情報の取得に成功した。研究チームはこの成果を受け、将来的には「深海に眠るレアメタルの存在量と位置情報を把握し、正確な海底資源マップを作成することを目指す」と発表している。
ただし、今回の研究で得たデータが「すぐに海底鉱物資源の場所の把握につながるわけではない」と片桐氏は釘を刺す。
現在、有望視されているエリアの磁気異常とその位置データを総ざらいしている、いわば研究の基礎となるビッグデータを集めている段階だ。この後には、磁気異常を計測した場所に海中ロボットを潜らせてサンプルを採取し、そのサンプルと磁気データと照らし合わせて相関関係を探っていくなどの工程が多数控えているとのことだ。
「海洋調査というものは大変です。今は苦労して磁気データや位置データを集めていますが、そのデータによって少しでも未来の海底資源の採掘が効率化すればと考え取り組んでいます」（片桐氏）
エネルギー・鉱物物資の乏しい日本にとっては、周辺海域に存在する海底鉱物資源の産業利用は、今後の経済発展にとって極めて重要なことだ。まだ道半ばとはいえ、今回の研究がその実現に向けた大きな一歩であることは確かだろう。こうした技術のさらなる進化を、引き続き注視したい。
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