LiB及びEV関連レアメタルのリサイクル・元素戦略
2010.10.28NIMS 元素戦略センター
原田幸明
新成長戦略、産業構造ビジョン
2030までにレアメタル自給率 50%以上
4
輸出中のシェア率(
金額ベース)
‐4E+12 ‐2E+12 0 2E+12 4E+12 6E+12
AustraliaAustria
BelgiumBrazil
BulgariaCanada
ChinaChina, Hong Kong SAR
Czech Rep.Denmark
FinlandFrance
GermanyIreland
IsraelItaly
JapanNetherlands
NorwayPoland
Rep. of KoreaRussian Federation
Saudi ArabiaSingapore
South AfricaSweden
SwitzerlandThailand
TurkeyUnited Kingdom
USAPlasticFeAlCuInd.MatNiAuPtZnAgTiPbSnCoBeMoMgMnGe etalWTaZrSbBiCr
Fig.13Import, Export 5
SOZAI(Engineering Material)は日本の活力源
• 現在世界に も通用しているのは工業素材輸出シェアで20%超
• 常に世界のマテリアルフローの重要なポジション
輸入金額3位、輸出金額2位 総合1位
• 機械、電子機器では日本型の輸出構造の国が増加
東南北欧、中部ユーラシア、中国など
6
自動車70兆円
AV機器等
35兆円
携帯電話14兆円
パソコン22兆円
電子デバイス47兆円
電子材料9兆円
レアメタル3.3兆円
財政投融資に関する基本問題検討会第7回産業投資ワーキングチーム資料にもとづき作成
ほとんどの元素が工業素材の必須物質となっている
9
2010 2020 2030 2040 2050
power electronics
Lower milage plane
High-efficiency house & building
Heat pompEfficient use
of LWRWind power
Hybrid car
Sollar cell
Green IT
Long-life housing
Efficient lighting
BaU: BusinessasUsual
Dissemination ofdeveloped technology
Innovative technology
Radical technology shift
Biomassfor Light oil
CCS
Tele-work
Advances LWRBiomass
for gasorin
Supercocondutortransmission
High efficient Train
HEMS,BEMS
Reduction of CH4
Production system innovation
High efficient ships
Stationary Fuel cell
ITS
Battery,Capasiter
Super coal FPower generation
NGF power generation
CO2 fix by planting
Fuel cellvehicle
Advanced Battery
Hydrogen Storage
Hydrogen production
Electric vehicle
HydrogenIron making
Advancedphotovoltaic
Outerspacephotovoltaic
atomic fusion
2010 2020 2030 2040 2050
Emission of CO2
Target of COOL EARTH 50
new technologies and new engineering materials are requiredin order to cool earth.
Energy Generation, conversion, storage
Energy useHeat, actuation, illumination, information
cleaning
Fuel CellSolar Cell battery Thermo-Electric motor LED Electronic
parts catalyst
GaAsInCdRh
PtRhLaCeGd
LiCoNiR.E.
BiTeCoSb
DyNdSmCoB
GaInLaEuY
AgAuPdRhInTaWNi
PtPdRhR.E.
Eco-innovation requires new demand of rare & special materials.
Platinum ring : 3 g 0.7 ton of steel
Which has greater impact?
Do we have any measuring tool for resources?
A 25m pool An Olympic pool1500 Pentagons
Top of mount Fuji10Gton
mount Fuji100Gton
two mount Fijis215Gton
Pt Au Fe
Extracted metal
(con
sumer view)
Mined
material
(resou
rce view
)
Materials 2004 2003Rock mined (1000ton) 84,953 78,294Ore milled (1000ton) 37,925 33,546
Water used (1000m3) 32,804 31,224
coal (1000ton) 106.6 100.4LPG (1000ton) 5.5 4.4fuels (1000liter) 54,284 50,655
Refined products 2004 2003Platinum (ton) 69.55 65.43
Palladium (ton) 37.16 33.76
Rhodium (ton) 7.18 6.59
Gold (ton) 3.12 3.29
Anglo American Platinum Co.Ltd.’s production and used
Platinum ring : 3 g
TMR: 3.6 ton
Equivalent to 0.7 ton of steel
One gram of PtInvolves
1.2 tons ofMaterials.
Required power 90kWPt is used as 1g/kW ( at 2004)
90g/car More than (20times) catalyst
TMR is 300 MT
250ton/year is required.
Equivalent to the production of 40Million tons Fe
automobiles
If half of new cars in Japan replaced into FC car
0.5g/kw
80kW
40g
120t/y
140Mt
19Mt
(2007)Pt for Fuel Cell
Global climatechange
Resourcesustainability
Chemicalhazard
Heaven(tian)
Earth(di)
Being(ren)
As the climate change is getting important, therefore, we need to take care of other risks.
Catastrophe comes from neighboring risks.
This presentation’s focus
Pursue of wealth of 80% people in the world
Demand from new
technologies of eco‐
innovation
Causes of resource risk
Line By = 0.0064x + 440
R2 = 0.4506
Line Ay = 0.056x
R2 = 0.9501
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 10000 20000 30000 40000 50000
1960
1970
1980
1990
2000
y = 9.01E-04x
y = -3.13E-05x + 6.74E+00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10000 20000 30000 40000 50000
y = 3.91E-05x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 10000 20000 30000 40000 50000
y = 2.19E-03x
y = 0.0057x
0
50
100
150
200
250
0 10000 20000 30000 40000 50000
Fe Zn
Si R.E.
GDP per capita ($)
m
etal consumption per capita
(kg)
Fe-type: weakly de-coupledAl, Ni, Mo, Ag, Sb
Zn-type: de-coupledCu, Sn, Pb, W, Cr, Mn, Au
Si-type: still coupling Pt, Co R.E.-type: further coupling Li, In, Ga
Four types of the two step line model of metal consumption v.s. GDP per capita
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
Fe Mn Zn Al Cr Pb Cu Ni Sn Mo W Sb RE Co Li Ag Pt In Au Ga Pd TMR
10.3 72
Several times amount of resources will be required by 2050.
reserves
reserve bases
Accumulated consumption from 2000 to 2050
Already mined
It will require several times amount of reserve by 2050: Ni,Mn,Li,In,Ga
It will run over the amount of reserve base by 2050: Cu,Pb,Zn,Au,Ag,Sn
It will be close to the amount of reserve by 2050: Fe,Mo,W,Co,Pt,Pd
0
500,000
1,000,000
1,500,000
2,000,000
2,500,000
3,000,000
2000 2010 2020 2030 2040 2050
US
UK
Japan
Italy
Germany
France
Russia
India
China
Brazil
Fe
0
50,000,000
100,000,000
150,000,000
200,000,000
250,000,000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050
Fe (K t
on)
Accumulatedconsumption
reserve
reserve base
already mined
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
2000 2010 2020 2030 2040 2050
US
UK
Japan
Italy
Germany
France
Russia
India
China
Brazil
Cu
0
500,000
1,000,000
1,500,000
2,000,000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050
Cu
(K t
on)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2000 2010 2020 2030 2040 2050
US
UK
Japan
Italy
Germany
France
Russia
India
China
Brazil
0
10
20
30
40
50
60
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050
Pt(
K t
on)
Pt
Annualconsumption (kt)
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
Fe Mn Zn Al Cr Pb Cu Ni Sn Mo W Sb RE Co Li Ag Pt In Au Ga Pd TMR
10.3 72
Several times amount of resources will be required by 2050.
reserves
reserve bases
Accumulated consumption from 2000 to 2050
Already mined
It will require several times amount of reserve by 2050: Ni,Mn,Li,In,Ga
It will run over the amount of reserve base by 2050: Cu,Pb,Zn,Au,Ag,Sn
It will be close to the amount of reserve by 2050: Fe,Mo,W,Co,Pt,Pd
地球環境の持続可能
人類経済の持続可能性
国の経済の持続可能性
28
CN
AUBR
RU
KZ
ZW
CG
USCA
UA
CU
ZA
KP
CL
NC
JO
ID
GA
TR
ZM
AM
GR
SK
BO
PE
PH
CO
MX
IN
MA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
RE Th Nb W Rh Pt Be Ta Zr Ti Se Cr Re Li Si V Te Sn Hg Cu Al Pd Pb Bi B Mo Co In As Zn Fe Ni Mn Ag Au Cd Sb
中国 南ア共和国 オーストラリア ロシア アメリカ ブラジル チリ
日本 ペルー インド カナダ メキシコ カザフスタン トルコ
ベルギー・ルクセンブルク インドネシア コンゴ ウクライナ ザンビア キルギスタン アルジェリア
フランス 韓国 ジンバブエ マレーシア ノルウェー モザンビーク
一カ国の生産シェア 75%以上 : レアアース、Th,Nb,タングステン、Rh、白金
三カ国の生産シェア 80%以上 : パラジウム、Te、V, Ta, Be, Zr, Tl, Bi
30
AU
CNCH
BE
CZ
DE
ES
FR
HK
IT JP
KR
MX
PH
RU US
ZA
GB
CA
PL
AT
LX
NO
CO
MY
SGSA
DM
IESE
ND
NG
PT
LB
LT
DK
NZ
SV
GT
KZ
FI
EE
IS
RO
MKSI
BA
KW
BR
ILTH
BY
HU
GR
TK PK
UA
MA IQ
AE
DZ
YE
MD
SY
SK
CL
IN
ID AR
PE
PG
SR
MN
TZGH
MZ
VE
CU
ZMBW
BG
NC
AL
IR
HR
BN
EZ
ZW
131
462
361
41
97
250
2
53
260
171
29 44
21
285
7
35
39
33
7718
2315
3215
53
US
18
00
6927
15.
6521
15
25
594
29
002
0
2827
40
23
UZ
8105 Co 2007 1,000,000$
102
260
85
140
12
227
198
16
4
CD
CG
139
138
118107
67
63
58
56
3134
44
35
3718
20
19
13
13
AU
CN
CH
BE
CZDE
ES
FR
HK
IT
JP
KR
MX
PH
RU US
ZA
GB
CA
PL
AT
LX
NO
CO
MY
SGSA
DM
IE
SE
ND
NG
PT
LB
LT
DK
NZ
SV
GT
KZ
FI
EE
IS
RO
MKSI
BA
KW
BR
ILTH
BY
HU
GR
TK
PK
UA
MA
IQ
AE
DZ
YE
MD
SY
SK
CL
IN
ID AR
PE
PG
SR
MN
TZGH
MZ
VE
CU
ZMBW
BG
NC
AM
IR
HR
2605 Co ore 2007 1,000,000$
BN
EZ
ZW
UZ
VN
TT
NA
CS
OM
AL
Bo
CG
MR
KP
241 73
56
49
46
14
12
6
MG
4
2
2
2
2
1
1
1
1
1
38.9
9.4
9.1
4.6
2.4
0.4
0.4
0.3
0.3
382
117
2
2
21
Zr
25kt0.9kt
I
15Mt38Mt
V
13Mt
62.4kt
Mo 8.6Mt179kt
Co7Mt
57.5kt
Sn
6.1Mt273kt
Nb4.4Mt
59.9kt
Li
4.1Mt
21.1kt
W
2.9Mt
73.3kt
Y 540kt8.9kt
Bi
320kt5.6kt
Ag
270kt19.5kt
Se
82kt
1.39kt
PGM
71kt
445t
Hg
45kt1.4kt
Ta
43kt1.3kt
Au
42kt2.5kt
In 2.8kt
450t
20年50年
100年
200年
Cr
1200Mt20Mt
Cu480Mt
15.3Mt
Mn
440Mt11Mt
Zn
220Mt10Mt
Ni
64Mt1.55Mt
Pb
57Mt3.3Mt
Fe
858Mt
79Gt
Al
P
177Mt
29Gt
KMg Ti
18Gt
145Mt 30Mt 4Mt 10Mt
8.3Gt 2.2Gt 1.3Gt
36
可採年数・耐用年数(year)
=
資源消費速度(ton/year)
ストック量 ( ← 埋蔵量)(ton)
1962年 1971年 ・・・ 2000年
金Au 20 11 18
銅Cu 54 36 26
鉛Pb 60 26 20
鉄Fe 464 240 121
アルミAll 397 100 185
石炭coal 1755 2300 227
石油petro. 41 31 40
Durable period
Amount of stock
Amount of reserve
Resource consumptionrate
耐用年数は自転車操業の厳しさの程度の比較のみ、いつ倒れるかを示すものではない37
Laskyの法則: 累積鉱量と品位
bxbxT
xtxxm
bxbTxt
bxT
dxxtxTx
exp
exp
exp
0
0
0
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
1.E+09
1.E+10
1.E+11
1.E+12
0 2 4 6 8平均品位 (%)
累積
鉱石
量 (
t) 10
12
1011
1010
109
108
107
106
105 0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 2 4 6 8
平均品位 (%)
金属
量 (
百万
t)
累積鉱量
x ~x+dx間の鉱量
x ~x+dx間の金属量
x = 1/b(片対数プロットの傾きの逆数)
で 極大値
技術開発で資源が拡大的に増える
技術開発をしても資源の獲得効率が落ちる
38
資源は「枯渇」すると「なくならない」
• 希薄側への移行• 生産性の低下• 価格の上昇• 投機、占有化• 価格の不安定化• 定常供給としての成立性の問題• 受け入れ側の代替、ラインの変更• 価値の低下• 供給側の投資ストップ• 技術の封印、廃坑化 → 二度と掘れない
39
Producing Rare Metals liberates great amount of wastes and CO2
1 kg Li
fromLi ore
460 kg waste44 kg CO2
41
Li
Na
Mg
Ti
Mn
Cr
Co
Ga
In
AuTa
W
460
512
44
2120
2.83
15800
73 83.5
16200
257,5002
20
31,800
32,000Fe 0.90.4 42
A 25m pool An Olympic pool1500 Pentagons
Top of mount Fuji10Gton
mount Fuji100Gton
two mount Fijis215Gton
Pt Au Fe
Extracted metal
(con
sumer view)
Mined
material
(resou
rce view
)
Extraction
Metals
Transportation Mining
( /1000km·t ) ( /t-ore )
CO2 : 0.016tSOx : 0.22kgNOx : 0.017kg
CO2 : 0.03tSOx : 0.10kgNOx : 0.25kg
11,800km
6t concentrate300t ore
1t metalNbCu
Material involves a large amount of materials behind.
Ecological rucksacks TMR: Total Materials Requirements
Consumer end
Resource end
補足: 近注目されている金属は資源端量の大きな金属が多い
10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109
107
106
105
104
103
102
101
100
LiBe
BMg
AlSiTi
V
CrMnFe
Co
Ni Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Sr
Y Zr
Nb Mo
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
La
Ce
Pr
NdSmEu Gd
Tb
Dy
Ho
Er
TmLu
HfTa
W
Re
Os
Ir PtAu
Hg
Tl
Pb
Bi
Th
U
Global Auunal Consumption (ton/year)
●Dy磁石
磁石
●Nd
●La発熱体水素吸像
●In透明電極
●Pt触媒40%宝飾45%
触媒39%顔料35%●Pd
●Taコンデンサ50%Ta線 30%
Sb ●何年助剤 83%
●Nbステンレス91%
●Mo鉄鋼90%触媒 9%
Fe ●
●Snブリキハンダ
●Crステンレス95%
電線52%伸銅品47% ●Cu
●Al輸送機械37%
建材 47%
めっき65%銅合金 15%Zn ●
●Niステンレス90%
●Au電子部品48%私的所有 28%
●
Be 電子部品73%触媒 9%
半導体、LED
Ga ●
●Bi磁石28%冶金添加 15%
●Ag写真材料50%
●Pb蓄電池78%無機薬品9%
金属元素の年間生産量 (ton/year)
金属
元素
の関
与物
質総
量係
数(‐/
‐)
Li
1,500
Be
2,500
B
140
Na
50
Mg
70
Al
48
Si
34
Ca
90
Sc
2,000
Ti
36
V
1,500
Cr
26
Mn
14
Fe
8
Co
600
Ni
260
Cu
360
Zn
36
Ga
14,000
Ge
120,000
As
29
Se
70
Br2
1,500
Rb
133
Sr
500
Y
2,700
Zr
550
Nb
640
Mo
750
Ru
80,000
Rh
2,300,000
Pd
810,000
Ag
4,800
Cd
7
In
4,500
Sn
2,500
Sb
42
Te
270,000
La
3,100
Ce
2,000
Pr
8,000
Nd
3,000
Sm
9,000
Eu
20,000
Gd
10,000
Tb
30,000
Dy
9,000
Ho
25,000
Er
12,000
Tm
40,000
Yb
12,000
Lu
45,000
Hf
10,000
Ta
6,800
W
190
Re
20,000
Os
540,000
Ir
400,000
Pt
520,000
Au
1,100,000
Hg
2,000
Pb
28
Bi
180
Ra
28,000,000
Th
9,000
U
22,000
TMR of metals plotted on the periodic table
0 50 100 150 200 250 300 350
Li Be B F2 Ne Na MgAl Si P2 S Cl2 K CaSc Ti V Cr Mn Fe CoNi Cu Zn Ga Ge As SeBr2 Rb Sr Y Zr Nb MoRu Rh Pd Ag Cd In SnSb Te I2 Cs Ba La CePr Nd Sm Eu Gd Tb DyHo Er Tm Yb Lu Hf TaW Re Os Ir Pt Au HgTl Pb Bi Ra Th Ucoal oil stones aggregates plastic
products view56g
resouece view31kg
(g)
(100g)
plastic
AuPd
Fe
Cu
Cu
Ag
0.0010.010.1110100
plastic37.1
Pb 0.006
Sn 0.11
Al 2.65
Ba 0.17Ir 0.005 Au 0.02
Ag 0.14
Cu 9.8Ni 0.27Fe
Cr
W 0.39
Co
製品重量 55g
plastic0.36
Pb 0.0002
Sn 0.28
Al 0.13
Ba 0.09
Au 22Ag 0.68
Cu 3.53Ni 0.07Co
Fe 0.39
Cr 0.001
Pd 3.7
W 0.07
資源重量 31kg
Cell Phone -消費端重量 資源端重量
乗用車 約15倍消費端 970kg資源端 14 ton
CPU 約1,000倍消費端 3.5g資源端 3.3 kg
携帯 約 500倍消費端 56g資源端 31 kg
LCDパネル 約300倍消費端 237g資源端 71 kg
61
(国内解体 4.6Mt) シュレッダー業3.6Mt
熱利用0.45Mt
鉄1.8Mt
樹脂0.55
廃車 5.17Mt
Al0.4Mt鋼 3.75M 非鉄
0.1
鋼0.64Mt
プレス業0.9Mt
取り外し1.1Mt
鋼0.33
取り外し0.4Mt
Al0.05Mt
鉄0.13
非鉄0.04
ASR 0.6Mt 海外
Al0.23
樹脂0.13
樹脂類0.45
単純重量フロー
62
(recycle in JPN 103.3Mt) shredder 83.1Mt
Thermal recovery8.9Mt
Fe23Mt
plastic5.4
Material flow accounted by TMR of ELV 120Mt
Al38Mtsteel 47Mt Cu18Mt Pb4.5
plastic1.3Al 21MtFe
8MtCu4Pb3
A‐press 20.2Mt
Disassembly 38.4Mt
Al5
鋼4
Disassembly11.1M
Al4Mt
鉄1.6Cu
12
ASR 21.2Mt
Al4Mt
Over see
Pt5
0.7g/car (in real)
Pt3.5
Pt0.7
資源制約の4要素 + 1
• 量的要素 現有技術で掘りだせる絶対量に限界Au, Cu, Zn
• 地政学的要素 1‐2カ国に資源が偏在Pt, Nb, Dy Li Co (Mn)
• 製造技術的要素(エネルギー要素) 電力価格等に依存Ti, Al, Mg, Si
• 環境要素 廃水、廃鉱石など環境コストの増大希土類、レアメタル
51
+ 供給速度の問題副産物の場合は特に大きい
石垣島宣言
材料はこれまで人類社会の発展に貢献してきました。しかし、その一方で大量生産・消費・廃棄を通じて環境負荷を増やしてきたことも指摘されています。
現在、人類活動の更なる発展を求めて材料への要求が一層高まってきています。そのために、材料に係わる資源リスク*も急速に増大しようとしています。
そこで、材料を持続可能な社会の構築に役立てることを目指す私たちは、資源利用に関する以下の3原則の重要性を再確認します。
資源利用の3つの原則資源を枯渇させない
環境リスクを増やさない地域的世代的公正に配慮する
また私たちは、材料を利用し使用する全ての人々に、この原則に則った以下の4つの実践を呼びかけ、私たち自身も、これらを具現化する材料技術を開発していく決意を
表明します。資源利用の4つの実践
使わずにすむものは使わない(Reduce)丁寧に使う(Reuse)何度も使う(Recycle)
ありふれたものを使う(リプレイス)
Http://www.nims.go.jp/ecomaterial/hal/MR/52
都市鉱山(urban mining)とは
24
1988年東北大南條道夫教授が提唱• 「都市鉱山開発 ‐包括的資源観による : リサイクルシステムの位置付け」
東北大學選鑛製錬研究所彙報Vol.43, No.2(19880325) pp. 239‐251)• 「地上に蓄積された工業製品を資源とみなし、その蓄積された場所を都
市鉱山と名付けた」
確定埋蔵量: outputが明確であり探索の必要がない
品位 : 集約的使用で一般に天然鉱石より高品位
採鉱・製錬: 省資源、省エネルギーの可能性大
環境負荷: :景観の改善、拡散による環境汚染の除去
SpeakerFerrite, Cu
metals in cell phone an example of urban mine
電子機器内の基板(都市鉱石)には様々な部品が存在します。それぞれの部品の中には、希少、有価な金属が含有しています。一例として携帯電話の基板を示します。
ICAu, Ag, Si, Sn, Cu
ConnectorCu, Ni, Au
ButteryNi, H
Tip Ceramics CapacitorAg, Sn, Ti, Ni, Pb, Sr, Zr
CoilCu
Tip ResistanceFe, Ag, Ni, Cu, Pb, Zn
Shield PlateFe, Ni, Cr
Circuit BoardCu
PlasticsSb
LensSi
LCDIn, Sn,Ba
PlasticsSb
ICAu, Ag, Si, Sn, Cu
ICAu, Ag, Si,Sn, Cu
ConnectorCu, Ni, Au
Shield PlateFe, Ni, Cr
Tip ResistanceFe, Ag, Ni, Cu, Pb, Zn
Circuit BoardCu
Lead wireCu
Tip ResistanceFe, Ag, Ni, Cu, Pb, Zn
ICAu, Ag, Si, Sn, Cu
ConnectorCu, Ni, Au
ConnectorCu, Ni, Au
exploration
Plastic Cu
Fe Ni Sn Ba
Au
Zn Mg Zn Al Ca
Cr Ag Co W BMnPNd
SbNa
Zr SrMo K PrLa Y Pd As V Li InHoGd
MgPb
Cu4000 Sn 2000
Ta 300 Ag 100
Au 4
Ni 10000
Ta
日本は世界中から資源を集めて発展してきたので、Urban miningの可能性は大きい
0
5
10
15
20
25
30
Sb Cu Au In Pb Pt Ag Ta Sn Zn
日本
の蓄
積量
/世
界の
埋蔵
量
(%)
①
①
②
③
③
③④
⑤
⑥
②
22
埋蔵量と日本の都市鉱山可能性の関係
埋蔵量
ベース35%
埋蔵量
ベース35%
in S.A.16%
都市鉱
山
可能性45%
in Japan4%
51%
49%
埋蔵量29%
埋蔵量29%
in S.A.4%
都市鉱山
可能性
62%
in Japan5%
33%
67%
On‐surface stock(既採掘量)がunderground stock(埋蔵量)より多い資源が増えている
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1,000
04999489847974
Cu (Mt) : 48%
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
140,000
160,000
04999489847974
Au (t) : 69%
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1,000
04999489847974
Ag (kt) : 70%
underground stock(reserve)
On surface stock
Primary Stock
Secondary Stock
58
都市鉱山(urban mining)の現在的重要性
既利用資源量が地下資源量を上回る時代
• Au 79%, Ag 80%, Cu 48%
「資源の偏在」と「消費の偏在」の一致
• 出たところは使っているところ
短絡サイクル循環の可能性
• 準Reuse型リサイクルによる低環境負荷循環システムへ
過去の国内蓄積を資源として活用
地殻
鉱床
鉱石
精鉱
金属
都市鉱山化を天然鉱山と対比してみる
火山、微生物
採掘
選鉱
製錬
30
使用: 製品として混合状態で含有
回収: 処理場への移動、処理可能量の確保
解体: 資源の取り出し可能な状態に
分離: 不要物質の減量・除去
再生: 目的物質の抽出もしくは素材化
再生原材料
粗スクラップ
メタル
回収製品
EOL製品
都市鉱山開発の4つの壁
分散の壁: 希薄分散型発生源対策• 鉱山は自然が濃縮(濃集)→人為的システムによる回収、濃縮、蓄積
• or 量を集めなくても処理できる技術
廃棄物の壁: 都市鉱石型廃棄物の問題• 多くの人工物質を含有
• 濃縮・蓄積を困難にする一因
コストの壁: 解体、分離、選別、抽出• ヒトの認識に勝る安価な技術を
• アセンブリーのテクノロジーの延長線では解決しない
• 大量・良質の処理で発展してきた製錬技術とは異なるアプローチも
時代の壁: 20世紀型リサイクルからの脱却
• 加工屑ベースのリサイクルの限界
• 易解体設計が不可欠
ビデオカメラ
オーディオデジタルカメラ
ポータブルMDプレイヤー
ポータブルCDプレイヤー
液晶テレビDVDプレイヤー
電話機 カーナビゲーム機
フラッシュメモリーオーディオ(A)
携帯電話
¥/台 150 372 110 108 67 70 32 10 21 66 43 119
Co 0.04 0.16 0.04 0.04 0.02 0.01 0.02 0.04 0.01 0.45
Ni 1.90 6.99 2.86 1.54 1.15 0.60 0.43 0.18 0.79 2.80 0.38 2.34
Cu 4.21 28.97 12.75 6.15 3.74 10.88 4.17 0.71 6.90 8.32 1.50 5.01
Zn 0.07 0.52 0.25 0.06 0.10 0.48 0.04 0.03 0.08 0.13 0.01 0.09
Mo 0.12 0.01 0.01 0.04
Pd 40.07 12.33 3.08 1.23 4.31
Ag 7.12 32.74 10.61 6.21 6.37 3.18 2.43 1.58 3.18 2.73 1.70 5.62
Sn 1.27 8.47 2.11 2.01 2.32 3.16 0.85 0.51 0.95 2.12 0.28 0.93
Ta 2.82 6.26 0.94 0.31 0.63 0.06
W 0.01 0.07 0.01 0.00 0.05
Au 77.32 274.90 51.54 85.91 51.54 25.77 17.18 3.44 8.59 34.36 37.80 96.21
Pb 14.87 7.48 16.24 1.97 0.79 23.48 5.91 3.47 0.25 14.87 0.08 3.96
Bi 0.08 0.04 0.04 0.01 0.01 0.02 0.01 0.04 0.00
一台当りのgoods性はそんなに高くない
62
原単位設定人件費 1,000円/h廃棄物処理費 20円/kg電力 20円/kWh
精製
灰吹法 ¥0.3 + α人件費 ‐‐‐電力725Wh ¥0.3鉛循環 ???スラグ処理 ???
湿式法 ¥6 + α人件費 ¥2.0薬品 ¥2.3減価償却 ¥1.1他 ¥0.6スラッジ処理費??
携帯 基板 CPU等
基板取出人件費 3分 ¥50電力 ¥0廃棄物 30g ¥0.6
チップ取出人件費 20/5分 ¥67電力 68W ¥ 1.4廃棄物 12.5g ¥0.25
基板取出人件費 3分 ¥50電力 ¥0廃棄物 30g ¥0.6
50.9
119 125+α
50.9+α従
来
の
試
み
抽出
使用済デジタル家電からの貴金属レアメタルリサイクルネットワーク構築可能性調査を元に試算
63
スラグ
筐体
手解体
破砕
銅製錬所
銅金
親銅レアメタル
レアメタル
再生の二つの方法
二次材料
高品位材料スクラップ
高品位再生材料
希釈型: Fe,Al,プラ、紙、ガラス等 抽出型: レアメタル、貴金属等
バージン材が必要 抽出物より廃棄物が多い 66
抽出型のプロセス負荷の本質
抽出型: レアメタル、貴金属等
欲しいのはこの部分だけ
余分な部分も同一環境にするためにエネルギー投入 (欲しい部分よりはるかに多い)
抽出後は処理を要する廃棄物
濃縮: 余分なものを減らす 抽出: 欲しいものをすばやく取り出す
不純物の混入を避けるためのシステム選択要求
低レベル化のための多段の繰り返し
67
抽出型のコストは不要物で決まる
抽出のコストの壁天然鉱石からの製錬は何故成立するか
・ 大量処理が可能・ 選鉱による富鉱化処理・ 長い歴史の中での 適化
溶融金属や溶媒を使った(液液反応主体の)高速大量処理技術副産物生成プロセスの活用
都市鉱山の弱点
・ 大量の集積が困難・ 分離解体技術の未成熟・ 希薄な状態で処理
高速大量処理技術が使えない(むしろ競争せざるを得ない)・ 天然とは異なる副産物・不純物
特別な選択抽出技術が必要
68
ナノ表面の元素認識によるレアメタル分離
Basic technology of HOM‐sensor for Extraction of Metals
El‐Safty & Halada; Press Release, March 2010
破解機
携帯電話
破砕物
ミル
片状物
銅、アルミ回収
都市鉱石
酸溶解
pH調整
沈殿物
銅回収
HOM
携帯5台を想定
500g
300g
200g
¥70
0.5g¥5
沈殿物
溶解 沈殿酸化物
溶液
)還元
Au
廃液
0.1g¥360
錯イオン化処理
選択HOM抽出 廃液
選択捕獲HOM
逆抽出
Co
るつぼ熔融
73
74
回収業
廃棄物処理
残留廃棄物
被処理物
再生素材S1
再商品化
S2
S3
投入T1
投入T2
投入T3
投入T0
非商品化物質処理
分離業
m1
m3
m2
S* = [ m1 * S1 – T1 ] + [ m2 * S2 – T2 ] のみで 適化、、 S2 < 0 のケースも
従来型再生業
:
受容物は市場に依存
S’ = S* -T0’ -T2’ + m3’ * S3’
廃棄物処理の視点で分離を行う
75
受容物
分離
廃棄物処理
カスケード再商品化
残留廃棄物
カスケード再生素材
高度再生素材 S1
高度再商品化
S2
S3
投入T1
投入T2
投入T3
投入T0
m1
m3
m2
マテリアル・リース工場
S = [ m1 * S1 – T1 ] + [ m2 * S2 – T2 ] – [ m3 * S3 + T3 ] – T0 全体で 適化
:
契約等により受容形態指定
資源再生の視点で分離を行う
コバルトのリサイクル
現状 : 磁性鋼の母合金、 超硬工具WC-Coバインダー原料
用途 形態 使用済量
リサイクル率
超硬チップ
チップ 100t 25%
切削工具
鋼材スクラップ
3000t 15%
アルニコ磁石
機械部品
230t 60%
化学触媒
100t 90%
Liイオン電池
電池 10000t 0%
磁気テープ
テープ 700t 0%
他のリサイクル・ルートに添加して活用
高い価値を引き出すリサイクルになっているか
再生の形態
コバルト化合物
コバルト金属
酸化コバルト
コバルト酸リチウム
コバルト酸リチウム電極
解体のレベル
乾電池まま
粉砕乾電池
正極、負極混合物
正極
コバルト酸リチウム
前処理 処理に要する投入
残りの処理
gain
3700
8000
1500
5000
鉱石
ばい焼
浸出
溶媒抽出
酸化物
溶融塩電解
希土類金属
酸溶解
酸化処理
磁石合金
粉砕
プレス
焼結
加工
表面処理
Nd磁石
粉末屑20‐30%
固形屑3‐5%
Ni除去
真空溶解プラズマ溶解
Wt% 酸素 炭素 窒素
原料金属 <0.05 <0.03 <0.01
磁石 0.7 0.04 0.008
研磨粉 1~5 0.5~2 0.5~1
都市鉱山開発の4つの壁
分散の壁: 希薄分散型発生源対策• 鉱山は自然が濃縮(濃集)→人為的システムによる回収、濃縮、蓄積
• or 量を集めなくても処理できる技術
廃棄物の壁: 都市鉱石型廃棄物の問題• 多くの人工物質を含有
• 濃縮・蓄積を困難にする一因
コストの壁: 解体、分離、選別、抽出• ヒトの認識に勝る安価な技術を
• アセンブリーのテクノロジーの延長線では解決しない
• 大量・良質の処理で発展してきた製錬技術とは異なるアプローチも
時代の壁: 20世紀型リサイクルからの脱却
• 加工屑ベースのリサイクルの限界
• 易解体設計が不可欠
切って熔かすのが主体のリサイクル
82
83
21世紀型リサイクル基盤
物質循環指向の製品設計循環指向のプロセス設計サービス指向の材料設計
20世紀型リサイクル
大量生産の大量スクラップに依存↓
均質で多量のスクラップ↓
老廃屑:リサイクルプロセスに合わせるための
品質調整プロセスが必要(barrier of 75%recycling)
他製品他素材
素材製造
製品製造
回収分離
使用product
望ましいリサイクルフロー
u 一定の時q ‐⊿v > 0, p ‐ ⊿w > 0,
なら、リサイクルは資源生産性を
損なう
quality control加工屑
老廃屑
高品位、成分情報有り
EnergyResource w
aste
‐⊿v:resource input
‐⊿w:waste output
qp
u: 物質/単位サービス
Techno‐sphereでの循環
Eco‐sphereでの循環
小インプット
小アウトプットv w
マテリアルリース
システム
素材に戻れないリサイクル
使用されないリサイクル
84
大量の廃棄物
製品要求の物質化
資産の蓄積
モノとしての製品の消費者
充足感
サービスの
享受者サービス
要求の
物質化生産
大量の資源
マス・プロダクション
選択
多様な欲求
要求と設計の適切なインターフェイス
カスタマイズ
少量の廃棄物
物質の循環システム
小規模な循環
少量の資源
大量生産・大量消費・大量廃棄のマテリアルフロー
適材適所のマテリアルフロー
製品要求の物質化
製品要求の物質化
製品要求の物質化
製品要求の物質化
適切な材料を有効に配置し、総物質
使用量を減らせるプロセシング技術を多くの地球環境問題は、大量生産・大量消費・大量廃棄から
使用している物質の総量を削減することが重要
マテリアル・リース
基本は解体設計ベースのマテリアルリース型循環
新成長戦略、産業構造ビジョン
2030までにレアメタル自給率 50%以上
CSRとしての自社自給率の向上
今は One way Recycle?
「元素戦略」とは!
○元素の持つ特性を深く理解し活用する、元素多様性の発掘と物質創造
○物質・材料の特性・機能を決める元素の役割を解明し利用する観点から「材料研究のパラダイム」を変革し、新しい材料の創製につなげる研究
○多様な基礎研究を結集し、希少元素・有害元素の代替技術等の開発による社会貢献を目指す
有害物フリー
元素戦略
物理
結晶学
化学
力学
金属学電磁気学
希土類に頼らない磁性材料
鉛や水銀を使わない材料
タングステンを使わない高信頼性工具
白金の数10倍活性な触媒
インジウムを使わない液晶ディスプレー
ニッケル・フリーステンレス鋼
資源の供給不安や偏在
価格の急騰
ナノテクノロジーと材料分野の研究の蓄積を活用して
希少元素や有害元素を使わずに済む技術を開発
高機能材料の追求
・希少元素を添加した合金・白金を使った触媒
需給リスク環境負荷
・採掘による環境破壊・鉛など有害物質の使用
希少元素の使用量の増加
基礎学問領域
社会貢献
様々な学問領域の研究力を
糾合
産業界と連携し多様な応用の可能
性
先端産業で求められる新素材
・液晶ディスプレイ用透明電極=インジウム
・モーター用磁性材料=ディスプロシウム
基礎研究を結集して、様々な具体的材料創製成果を目指す
“元素戦略”元素戦略の背景
By 文科省高橋室長89
2009年度スタート
化学ポテンシャル図に立脚した多元系機能性材料の精密制御研究リーダー:京都大学 宇田 哲也
有機物質を活物質に用いた二次電池の高性能化と充放電機構の解明研究リーダー:大阪大学 森田 靖
複合界面制御による白金族元素フリー機能性磁性材料の開発研究リーダー:筑波大学 喜多 英治
エコフレンドリーポストリチウムイオン二次電池の創製研究リーダー:九州大学 岡田 重人
遷移元素による白金族代替技術及び白金族の凝集抑制技術を活用した白金族低減技術の開発
テーマリーダー:日産自動車株式会社 関場 徹ディーゼル排ガス浄化触媒の白金族使用量低減化技術の開発
テーマリーダー:(独)産業技術総合研究所 浜田 秀昭代替砥粒及び革新的研磨技術を活用した精密研磨向けセリウム低減技術の開発
テーマリーダー:(財)ファインセラミックスセンター 須田 聖一4BODY研磨技術の概念を活用したセリウム使用量低減技術の開発
テーマリーダー:立命館大学 谷 泰弘高速合成・評価法による蛍光ランプ用蛍光体向けTb、Eu低減技術の開発
テーマリーダー:(独)産業技術総合研究所 赤井 智子
★ 圧電フロンティア開拓のためのバリウム系新規巨大圧電材料の創生和田智志(山梨大):東京工業大学、京都大学、東京理科大学、AIST、キヤノン自動車、家電から微小電子機械(MEMS)等の革新に不可欠の新デバイス開発に向けた、有害な鉛やビスマス等を含まないバリウム系新規巨大圧電材料を創生する。
★ ITO代替としてのニ酸化チタン系透明導電極材料の開発長谷川哲也(KAST):東京大学、旭硝子、豊田合成ITOをTNO(二酸化チタン系透明導電体)で代替するため、スパッタ法およびCVD法による成膜プロセスを確立する。
★ 低希土類元素組成高性能異方性ナノコンポジット磁石の開発広沢哲(日立金属):名古屋工業大学、九州工業大学、物質・材料研究機構従来の焼結磁石と同等/以上の磁石特性を低希土類元素組成で実現できる、ジスプロシウム、ネオジウムなどを低減した全く新しい磁石材料の開発を目指す。
文科省「元素戦略」 19年度採択テーマ(2)
金属学会2007終期大会 ナノ・材料室室長講演より
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