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アルミニウム工業の黎明期の話 -Héroultと水力発電-

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Gakushiです。これまでもケムステではアルミニウムについて様々な視点から取り上げてきました。1. アルミニウム 2. アルミに関する一騒動 ~約20年前の出来事~ etc…今回は、ヨーロッパでのアルミニウムの精錬に関して、黎明期から現代に至るまでの歴史の話をしてみたいと思いますので、お付き合いいただければ幸いです。

アルミの精錬の歴史

アルミの利用は、1886年4月アメリカ人のHallとフランス人のHeroultが独立にアルミの精錬の方法を考案することに始まります。Hall–Héroult process(ホール–エルー法)として知られる本法は、現在でも唯一実用化されているアルミニウムの精錬方法です。ホール、エール法ではバイヤー法により得た酸化アルミニウムを主体とする原料を、電気釜の熱により溶融させ電気分解することにより還元し、純粋なアルミニウムを得ます。溶融塩電解法は融解及び電気分解で大量の電気を消費することから、アルミは電気の缶詰とまで呼ばれています(アルミナ1tにつき15000kWh)。とにかく、アルミの製造には安定的な電力源の確保が絶対不可欠な訳でありまして、発明からの工業化について今回の記事では簡単に見ていきたいと思います。

ホールエール法

Paul (Louis-Toussaint) Héroult

Paul Heroult

 

ポール エルー (1863年4月10日生、1914年5月9日没) はフランスの化学者。アルミニウムの精錬法(ホール–エルー法)を始め、主にスクラップ鉄の製鉄法の一つである電気溶融炉法(EAF)の開発や、水力発電事業への貢献で知られる。
1878年 アルミの精錬に関するHenri Sainte-Claire Devilleの論文を読みアルミの精錬について研究を開始する
1886年 電気溶融アルミニウム精錬法の特許を取得
1990年 鉄の工業的精錬法の一つである電気炉製鋼法の工業化に成功

水力発電とアルミの精錬

ホール・エルー法を開発したHeroult、技術は確立したものの、当時はどうやって工業化するのかで苦労した模様です。一つ目の課題は、溶融塩電解に必要な発電機と、電解槽の調達でした。この頃にはこれらの製造技術は確立されており、当時世界のこの分野で最先端を走っていたZurichの企業に依頼することで解決します。一方で二つ目の課題の、どうやって大電力を確保はかなり大変だった模様です。実際、イギリスのクラッグサイド世界初の水力発電所ができ近くの屋敷に明かりを灯したのはHeroultがアルミの工業化に成功する10年前の1878年。その後水力発電が急速に広まったとは言え、アルミの精錬に必要な大電力が得られる地域はおろか、電力が得られる場所はヨーロッパでもかなり限られていたようです。

良い電力源を見つけられず困っていたHeroultでしたが、1887年の春、転機が訪れます。発電機の発注から数ヶ月後の当時、Heroultは完成品のを見るためチューリッヒの工場を視察し、会社の社長のPeter Emilhuber-Werdmüllerと出会います。その際、Peterはアルミの原材料としての需要とホールエール法の将来性を見抜き、知り合いのエンジニアGustave Navilleとラインの滝の水力発電事業の利権を持つGeorg Robert Neherとの協業を提案します。これにより懸案であった電力の問題を棚から牡丹餅的に解決したHeroultは1888年、アルミ精錬の工業化を世界で初めて成功させました。
この黎明期のアルミ工業を支えたラインの滝はスイス北部、シャフハウゼン近くNeuhausen am Rheinfallに位置しています。この滝は高さが23mしかありませんが、写真のように水量が多く、アルミの精錬だけでなく近隣の街であるシャフハウゼンという町の工業化にも貢献しました。現在ではこの滝は人気の観光地となっているので、スイスに来る機会があればぜひ行ってみてください。

Rheinfall

Alusuisse

彼らが起業したAluminum Industrie AGによるアルミのビジネスは成功し、ドイツからの投資により規模拡大を図ります。しかしながら、得られる電力量がすぐに限界に達したのに加え、労働者賃金の上昇により生産コストが増大したことにより移転を余儀なくされます。そこで、経営者らは水力エネルギーがより豊富に得られ、賃金の安いスイスアルプスの中心地Wallis州に工場を建設しました(1908年)。同時期、Wallis州では相次いでダムが建設され豊富な電力が得られるようになり、アルミの生産は安定期に入りました。1907年に、Alusuisseはアルミの圧延法の開発によりアルミ箔を世界で初めて製造、それまで使われていた錫箔の代わりに様々な用途に使われるようになります。1962年には同州Stegに第二工場を建設し、その他アルミ製品を送り出しました。

Alusuisseの工場。奥側に見えるのが水力発電施設。(Credit: Commune de Chippis)

アルミ業界の再編

しかし、いくら電力が得られると言えど、場所はヨーロッパの内陸国スイスです。人件費も諸外国に比べて高ければ、大量のアルミナの調達においても競争不利となり、1980年代後半からこれらの工場でのアルミの生産は厳しくなり、1993年アルミの生産は打ち切られました。その後Alusuisseは1970年に合併していたWallis発祥の化学系会社Lonzaと1999年分離、翌年の2000年にカナダのAlcanと合併しました。その頃からアルミ業界の再編は急速に進み、さらにAlcanは2007年Rio Tintoと合併し、Rio Tinto Alcanとなり世界最大のアルミニウム企業となっています。

ちょっと古いですが、業界の勢力図はこんな感じ。(credit: US sec. gov)

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東京の大学で修士を修了後、インターンを挟み、スイスで博士課程の学生として働いていました。現在オーストリアでポスドクをしています。博士号は取れたものの、ハンドルネームは変えられないようなので、今後もGakushiで通します。

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