西オーストラリアの鉄鉱石が水素を出す条件、60日間の実験で見えたもの

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水素は燃やしても水しか出ないので、次の燃料の候補としてよく名前が挙がります。ただ、いま出回っている水素の大半は天然ガスなどの化石燃料から作られていて、作る段階で二酸化炭素が出ます。そこで「作る」のではなく「地中にあるものを取り出す」道を探す動きがあり、こちらは天然水素と呼ばれています。色で呼び分ける流儀だと、ホワイト水素やゴールド水素という名前もつきます。

天然水素が地下でできる経路はいくつか知られていますが、そのひとつが、鉄を含む鉱物と熱い水の反応です。磁鉄鉱（じてっこう）という黒い鉱物には、電子を手放しやすい二価の鉄が含まれています。これが水に触れて三価の鉄に変わるとき、水から水素が引き抜かれて、水素ガスになります。反応を終えた鉄は、赤鉄鉱（せきてっこう）という赤い鉱物になります。黒い鉄の鉱物が水でさびて赤くなる過程で、水素が出るということです。

岩と水の反応で生まれる水素

この磁鉄鉱が、西オーストラリアには大量にあります。ピルバラ地域の鉄鉱石の山は、縞状鉄鉱層（しまじょうてっこうそう）と呼ばれる、鉄の鉱物とケイ酸の層が何重にも縞になって積み重なった岩でできています。世界の鉄鉱石の主要な産地のひとつで、その鉄鉱石の中身の一部が磁鉄鉱です。

エディス・コーワン大学（オーストラリア・パース）の工学部のチームは、この岩から実際にどれだけ水素が出るのかを、実験で確かめました。研究は2026年2月に『International Journal of Hydrogen Energy』誌にオンライン掲載されたもので、8月に大学が発表を出し、9月に入ってScienceAlertなど海外メディアが取り上げました。筆頭著者は博士課程のKaveh Moghanirahimi氏、指導にあたったのがAlireza Keshavarz准教授とStefan Iglauer教授です。オーストラリアの国立研究機関CSIROと、サウジアラビアのKAUSTの研究者も加わっています。

板と粉で比べた60日間の実験

試料は、ピルバラのトム・プライス鉱山の周辺に露出する縞状鉄鉱層（デールズ・ゴージ層）から採った天然の磁鉄鉱です。これを二通りに加工しました。ひとつは縦20ミリ・横7ミリ・厚さ2ミリの板（1.5グラム）で、岩が塊のまま地下にある状態を模したもの。もうひとつは、38マイクロメートル以下まですりつぶした細かい粉（0.2グラム）です。

どちらも同じ重さの水と一緒に小さなステンレスの反応容器に入れ、200℃、およそ100気圧で60日間おきました。水は酸素を抜いたうえで、pH9の弱アルカリ性に調整してあります。地下深くで熱水が岩のすき間を流れている環境を、容器の中で再現したかたちです。空の容器だけ、磁鉄鉱だけ、水だけ、という3つの対照実験も同時に走らせて、出てきた水素が確かに岩と水の反応によるものだと確認しています。

60日後、出てきたガスを質量分析計で調べると、粉の容器からは1グラムあたり0.052ミリモルの水素が出ていました。常温常圧の気体に直せば、1グラムあたり1ミリリットルと少しです。板のほうは1グラムあたり0.0105ミリモルで、粉のほぼ5分の1でした。対照実験の3つはどれも桁違いに少なく、磁鉄鉱と水がそろったときだけ水素が出る、という結果です。

5分の1という差の中身

数字を素直に読むと、ひとつ引っかかる点があります。容器から出た水素の総量は、粉の1万400ナノモルに対して、板は1万5800ナノモルあまり。総量では板のほうが多いのです。板は粉の7倍以上重いので、量そのものが多いのは当然で、1グラムあたりに直すと5分の1に落ちる、という関係です。

つまり、埋まっている磁鉄鉱が多ければ水素も多い、とは限りません。同じ重さなら、細かく砕けているほうがはるかに多く出ます。効いているのは表面積です。板は、水と接することのできる面が外側の一枚しかありません。粉なら、粒の一つひとつが全周で水に触れています。

ただ、この研究の見どころは、5倍という比率そのものより、板の表面を調べて分かったことのほうにあります。表面積だけでは説明しきれない、もうひとつの理由が出てきたからです。

反応の産物が表面をふさぐ仕組み

板は実験の前後で、鉱物の組成、表面のかたち、硬さまで細かく測られています。

X線回折で組成を測ると、実験前の板は、磁鉄鉱が28.6％、赤鉄鉱が58.5％、マグヘマイト（磁鉄鉱と赤鉄鉱の中間にあたる鉱物）が12.9％でした。天然の岩なので、掘り出された時点ですでに風化が進み、半分以上が赤鉄鉱になっていたわけです。60日後には、磁鉄鉱は10.9％まで減り、赤鉄鉱が89.1％を占めていました。マグヘマイトは消えています。表面にあった磁鉄鉱の大半が、赤鉄鉱に変わったことになります。

電子顕微鏡で見ると、実験前は平らでのっぺりしていた面が、実験後は角ばった結晶面が立ち上がり、細かい穴が増えて、ざらざらになっていました。原子間力顕微鏡で測った表面の粗さは32％増えています。硬さも変わりました。微小な針を押し込んで測る方法で、平均の硬さは2.56ギガパスカルから8.9ギガパスカルへ、およそ3倍。赤鉄鉱は磁鉄鉱より硬い鉱物なので、表面が赤鉄鉱に置き換わったこととつじつまが合います。

問題は、この赤鉄鉱がどこにできるかです。磁鉄鉱が溶けて三価の鉄になり、それが同じ場所で赤鉄鉱として固まる。つまり反応の産物が、反応した面の上にそのまま積もります。赤鉄鉱はもう水素を出さない鉱物です。積もった層が下の磁鉄鉱と水を隔ててしまえば、反応はそこで止まります。論文はこれを不動態化（ふどうたいか）と呼び、板の1グラムあたりの収量が低い原因として、表面積の小ささと並べて挙げています。

粉なら、粒が小さいぶん、皮膜ができる前に内側まで反応が進みます。板では、外側に皮膜ができた時点で、内側の磁鉄鉱は手つかずのまま残ります。水素を出す反応が、自分の産物で自分にふたをする。塊の岩が思ったより水素を出さないのは、この構図のせいでもあります。

探す場所の目安になる割れ目と透水性

これを実際の地層に当てはめると、探し方の指針が変わります。研究チームの整理はこうです。割れ目が少なく水が通りにくい、手つかずの縞状鉄鉱層は「板」に近い。水は限られた割れ目からしか入れず、しかも入った先で皮膜ができて、反応は早々に頭打ちになる。逆に、断層で砕かれていたり、地殻変動で変形していたり、熱水で激しく変質していたりする場所は「粉」に近い。新しい面が次々に露出し、水の通り道がつながっているので、反応が速く、収量も多い。

したがって、水素が最も期待できるのは、磁鉄鉱が多いだけでなく、割れ目が密で、それらがつながって水を通す区間だ、というのが論文の結論です。鉱石の品位を測るのとは別に、岩の割れ方と透水性を見なければならない。「掘れば出てくる」資源というより、「岩の割れ方で量が決まる」資源だと言ったほうが近いことになります。

Iglauer教授は大学の発表で、水素の生成量は磁鉄鉱の量だけでなく、割れ目や孔を通じて水が新しい鉱物面にどれだけ届くかで決まる、と述べています。同じ趣旨を、論文は「幾何学（かたち）が支配する」という言い方で表題に掲げています。

数字を読むときの留意点

いくつか押さえておきたい点があります。

まず、これは容器の中の実験で、掘って測ったわけではありません。ピルバラの地下に何トンの水素があるといった推定は、この論文にはありません。大学の発表にある「オーストラリアが何世代も使える量」「輸出産業になりうる」という言葉は研究者の見通しであって、論文が示した数値から直接出てくるものではない、と分けて読んだほうがよさそうです。発表には、溶液を注入して生成を促す手法を見つけたという記述もありますが、今回の論文は板と粉の比較と表面の分析までで、注入の実験は含まれていません。

次に、実験の数です。板と粉の比較はそれぞれ1回ずつで、繰り返しの測定はありません。5倍という比率は明快ですが、試料を変えたときにどれだけぶれるかは、この論文だけでは分かりません。試料そのものも、実験前の時点で半分以上が赤鉄鉱に変わっていた風化した岩でした。新鮮な磁鉄鉱ならもっと出るのか、それとも皮膜がもっと早くできるのかは、別に確かめる必要があります。

そして、量そのものです。粉で1グラムあたり0.052ミリモルは、気体にして1ミリリットル程度。板ならその5分の1です。これを資源として意味のある量にするには、桁違いの岩と、水と、時間が要ります。論文が言っているのは「どこを探すべきか」「何が量を決めているか」であって、「これだけ採れる」ではありません。

研究チーム自身は、板の表面が硬く粗くなるという結果を、水素を「作る」話とは別に、地下に水素を「貯める」話にも使えるとしています。岩の中にガスを閉じ込めておく場合、岩と水の反応で表面の性質がどう変わるかは、岩の強度に直結するからです。天然水素の探査と地下貯留の両方に効く基礎データ、というのがこの研究の等身大の位置づけだと思います。

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出典

論文：Moghanirahimi, K., Esteban, L., Shulakova, V., Ali, M., Iglauer, S., & Keshavarz, A. (2026). Geometry-driven controls on hydrothermal natural hydrogen generation from magnetite mineral. International Journal of Hydrogen Energy, 220, 154187.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2026.154187
オープンアクセス（CC BY 4.0）で、大学のリポジトリから全文PDFを無料で読めます：Edith Cowan University Research Online

大学発表：Green hydrogen goldmine: ECU researchers discover hidden energy source（Edith Cowan University、2026年8月12日）

報道：Researchers Discover a Green Hydrogen ‘Goldmine’ Beneath Australia’s Red Dirt（ScienceAlert、2026年9月13日、David Nield）