LiB及びEV関連レアメタルのリサイクル・元素戦略 - 物質・材料研究機構

LiB及びEV関連レアメタルのリサ
イクル・元素戦略
2010.10.28
NIMS 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
輸出中のシェア率金(額ベース )
4
USA
United Kingdom
Turkey
Thailand
Switzerland
Sweden
South Africa
Singapore
Saudi Arabia
Russian Federation
Rep. of Korea
Poland
Norway
Netherlands
Japan
Italy
Israel
Ireland
Germany
France
Finland
Denmark
Czech Rep.
China, Hong Kong SAR
China
Canada
Bulgaria
Brazil
Belgium
Austria
Australia
‐4E+12
‐2E+12
0
Import, Export
2E+12
4E+12
6E+12
Plastic
Fe
Al
Cu
Ind.Mat
Ni
Au
Pt
Zn
Ag
Ti
Pb
Sn
Co
Be
Mo
Mg
Mn
Ge etal
W
Ta
Zr
Sb
Bi
Cr
Fig.13
5
SOZAI(Engineering Material)は日本の活力源
• 現在世界に最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
パソコン
22兆円
携
帯
電
話
14
兆
円
AV機器
等
35兆円
電子デバイス
47兆円
電子材料
9兆円
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
レアメタル
3.3兆円
自動車
70兆円
ほとんどの元素が工業素材の必須物質となっている
9
new technologies and new engineering materials are required
in order to cool earth.
2010
2020
2030
2050
2040
BaU: BusinessasUsual
Lower
milage plane
power
electronics
NGF power
generation
Super coal F
High-efficiency
Green IT
Power generation
CCS
house & building
Reduction of
Fuel cell
High
efficient
Heat pomp
CH4
vehicle
Train
Tele-work
CO2 fix by
Efficient use
planting
HEMS,BEMS
Supercocondutor
of LWR
Long-life
Production system
transmission
Wind power
housing
innovation
Advances
Stationary
Biomass
LWR
Hybrid car
for
gasorin
Fuel
cell
High efficient
Sollar cell
Efficient lighting
ships
Hydrogen
Hydrogen
ITS
production
Storage
Biomass
for Light oil
Dissemination of
developed technology
Hydrogen
Iron making
Electric
vehicle
Advanced
photovoltaic
Advanced
Battery
Innovative technology
Emission of CO2
Battery,
Capasiter
Radical technology shift
atomic fusion
Outerspace
photovoltaic
Target of COOL EARTH 50
2010
2020
2030
2040
2050
Energy
Energy use
Generation, conversion, storage Heat, actuation, illumination, information
Solar Cell
Ga
As
In
Cd
Rh
Fuel Cell
Pt
Rh
La
Ce
Gd
battery
Li
Co
Ni
R.E.
ThermoElectric
Bi
Te
Co
Sb
motor
LED
Dy
Nd
Sm
Co
B
Ga
In
La
Eu
Y
Electronic
parts
Ag
Au
Pd
Rh
In
Ta
W
Ni
cleaning
catalyst
Pt
Pd
Rh
R.E.
Eco-innovation requires new demand of rare & special materials.
Do we have any measuring tool for resources?
Platinum ring : 3 g
0.7 ton of steel
Which has greater impact?
Mined material
(resource view)
Extracted metal
(consumer view)
Top of mount Fuji
10Gton
A 25m pool
Pt
mount Fuji
100Gton
two mount Fijis
215Gton
An Olympic pool
Au
1500 Pentagons
Fe
Anglo American Platinum Co.Ltd.’s production and used
Materials
2004
2003
Rock mined (1000ton)
84,953
78,294
Ore milled (1000ton)
37,925
33,546
Water used (1000m3)
32,804
31,224
coal (1000ton)
106.6
100.4
LPG (1000ton)
5.5
4.4
54,284
50,655
fuels (1000liter)
Refined products
2004
2003
Platinum (ton)
69.55
65.43
Palladium (ton)
37.16
33.76
Rhodium (ton)
7.18
6.59
Gold (ton)
3.12
3.29
One gram of Pt
Involves
1.2 tons of
Materials.
TMR: 3.6 ton
Platinum ring : 3 g
Equivalent to 0.7 ton of steel
automobiles
Pt for Fuel Cell
Required power 90kW
Pt is used as 1g/kW ( at 2004)
90g/car
More than (20times) catalyst
(2007)
80kW
0.5g/kw
40g
If half of new cars in Japan replaced into FC car
250ton/year is required.
120t/y
140Mt
TMR is 300 MT
Equivalent to
the production of
19Mt 40Million tons Fe
Global climate
change
Heaven
(tian)
Chemical
hazard
This presentation’s focus
Being
(ren)
Earth
(di) Resource
sustainability
As the climate change is getting important, therefore,
we need to take care of other risks.
Catastrophe comes from neighboring risks.
Causes of resource risk
Pursue of wealth of 80% people in the world
Demand from new technologies of eco‐
innovation
metal consumption per capita
(kg)
Fe-type: weakly de-coupled
Al, Ni, Mo, Ag, Sb
Zn-type: de-coupled
Cu, Sn, Pb, W, Cr, Mn, Au
900
Line B
y = 0.0064x + 440
R2 = 0.4506
1990
Fe
800
700
8
Zn
7
6
1980
2000
600
5
500
400
3
Line A
y = 0.056x
R2 = 0.9501
300
y = 9.01E-04x
2
200
1
1960
100
0
GDP per capita ($) 
0
0
10000
20000
Si-type: still coupling
30000
40000
0
10000
20000
30000
40000
50000
50000
R.E.-type: further coupling Li, In, Ga
Pt, Co
y = 3.91E-05x
1.8
Si
1.6
y = -3.13E-05x + 6.74E+00
4
1970
250
R.E.
200
1.4
y = 0.0057x
1.2
150
1
0.8
100
0.6
0.4
50
0.2
y = 2.19E-03x
0
0
0
10000
20000
30000
40000
50000
0
10000
20000
30000
40000
50000
Four types of the two step line model of metal consumption v.s. GDP per capita
Several times amount of resources will be required by 2050.
It will be close to the amount of reserve by 2050:
Fe,Mo,W,Co,Pt,Pd
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:
Accumulated consumption
from 2000 to 2050
7
reserve bases
6
5
4
3
Cu,Pb,Zn,Au,Ag,Sn
10.3
72
2
0
Fe
Mn
Zn
Al
Cr
Pb
Cu
Ni
Sn
Mo
W
Sb
RE
Co
Li
Ag
Pt
In
Au
Ga
Pd
TMR
1
2
3
Already mined
reserves
1
Pt
1.5
1.0
0.5
0.0
2000
2010
2020
2030
2040
2030
2035
2020
2025
2040
2045
2050
2050
2.0
2050
2040
2045
2030
2045
2020
2040
2010
60
50
40
30
20
10
0
2040
2000
2035
0
0
2030
10,000
500,000
2035
20,000
1,000,000
2030
30,000
1,500,000
2025
2050
US
UK
Japan
Italy
Germany
France
Russia
India
China
Brazil
Cu
40,000
2,000,000
2020
2050
US
UK
Japan
Italy
Germany
France
Russia
India
China
Brazil
Accumulated
consumption
2025
2050
2010
2015
2040
2015
2030
2005
2020
already mined
2020
50,000
2010
0
2010
0
Annual 2000
consumption (kt)
50,000,000
2015
500,000
reserve
100,000,000
2005
1,000,000
150,000,000
2010
1,500,000
reserve base
200,000,000
2005
2,000,000
250,000,000
Fe (K ton)
2,500,000
US
UK
Japan
Italy
Germany
France
Russia
India
China
Brazil
Cu (K ton)
Fe
Pt(K ton)
3,000,000
Several times amount of resources will be required by 2050.
It will be close to the amount of reserve by 2050:
Fe,Mo,W,Co,Pt,Pd
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:
Accumulated consumption
from 2000 to 2050
7
reserve bases
6
5
4
3
Cu,Pb,Zn,Au,Ag,Sn
10.3
72
2
0
Fe
Mn
Zn
Al
Cr
Pb
Cu
Ni
Sn
Mo
W
Sb
RE
Co
Li
Ag
Pt
In
Au
Ga
Pd
TMR
1
2
3
Already mined
reserves
1
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
CA
RU
US
SK
AM
UA
KZ
GR
KP
CN
CU
MA
MX
JO
GA
CO
IN
CG
ID
PE
BR
CL
BO
PH
TR
ZW
ZM
ZA
AU
NC
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
ﾍﾞﾙｷﾞｰ･ﾙｸｾﾝﾌﾞﾙｸ
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
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
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
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
Sb
FI
IS
NO
IE
2
15
US
28
GB
18
32
15
LX
29
29 CH
0
0
0
MD
HR
MK
34
65
31
2
BA
AL
KR 44
DM
TK
IR
IQ
PK
YE
PE
CO
102
BN
140 MY
AE
SA
56
PH
VE
15.
IN
138
MZ
CG
GT
35
TH
KW
TZ
250 ZM
594 JP
63
SY
CD
SV
0
0
HK
LB
NG
ZW
37
NC
PG
40
SG
7
ID
CL
227
AU
16
CU
CN
BG
GR
EZ
ZA
23
15
21
RO
HU
SI
IL
4 MA
BW
53
MN
UZ
AT
39
ES
GH
KZ
MX
35
DZ
118
13
67
UA
77
18
361
131
IT
23
SK
41 DE
53
PT
CZ
US
285
BY
12
FR
25
PL
19
260
85
RU
27
CA
462
107
BE
97
EE
139
LT
ND
DK
69
27
33
171
20
260
198
SE
58
13
8105 Co 2007 1,000,000$
44
NZ
SR
18
21 BR
AR
NO
IS
SE
2
IE
FI
117
1
2
GB
BE
2.4
2
PL
9.1
2
BY
0.3
DE
US
RU
DK
CZ
SK
4.6
UA
1
12
KZ
MN
KP
MX
MD
FR
AT
CH
IT
PT
SI
0.3
HR
ES
CS
241
73
CU
KR 0.4
BG
DM
CN
UZ
382
46
AM
TK
HK
SV
GT
PK
VN
MR
IL
1
SY
TZ
AE
CG
BW
9.4 ZM
38.9
NA
ZA
BN
14
Bo
NC
MY
PG
BR
CL
SG
OM
ZW
MG
2605 Co ore 2007 1,000,000$
SR
CO
1
SA
YE
PE
TH
KW
MZ
VE
PH
IN
IQ
EZ
NG
TT
JP
1
IR
LB
DZ
2
GR
BA
MA
RO
HU
MK
AL
GH
49
6
2
0.4
LT
ND
LX EE
4
1
2
CA
56
ID
AU
NZ
AR
Fe
P
Mg
K
Ti
Al
29Gt
79Gt
177Mt
858Mt
Cr
480Mt
1200Mt
20Mt
I
15Mt
38Mt
0.9kt 25kt
540kt
8.9kt
10Mt
2.2Gt
4Mt
30Mt
Ni
220Mt
11Mt
13Mt
62.4kt
Mo
64Mt
57Mt
1.55Mt 3.3Mt
8.6Mt
57.5kt
179kt
Ag
320kt
5.6kt
Li
Nb
Co
7Mt
Se
270kt
19.5kt
82kt
1.39kt
273kt
445t
4.4Mt
6.1Mt
45kt
1.4kt
W
4.1Mt
2.9Mt
21.1kt
59.9kt
PGM Hg
71kt
1.3Gt
10Mt
Pb
Sn
V
Bi
Y
Zn
440Mt
15.3Mt
8.3Gt
145Mt
Mn
Cu
Zr
18Gt
73.3kt
200年
100年
Ta
43kt
1.3kt
Au
In
42kt
2.5kt
2.8kt
450t
50年
20年
36
Amount of stock
Durable period
可採年数・耐用年数
(year)
ストック量 ( ← 埋蔵量)
Amount of reserve
(ton)
＝
Resource consumption
資源消費速度 rate
(ton/year)
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
41
31
40
石油petro.
37
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
Laskyの法則: 累積鉱量と品位
1.E+12
10
12
400
11
350
10
300
1.E+11
10
金属量 (百万t)
累積鉱石量 (t)
1.E+10
10
9
1.E+09
10
8
1.E+08
10
7
1.E+07
10
6
技術開発で
資源が拡大的に増える
250
200
150
100
50
1.E+06
10
0
5
1.E+05
10
0
2
4
平均品位　(%)
6
8
0
2
4
平均品位 (%)
6
8

累積鉱量
T  x    t  x dx
x
 T 0  exp bx 
x ～x+dx
間の鉱量
x ～x+dx
間の金属量
t  x   T0b  exp bx 
m x   x  t  x 
 T0bx  exp bx 
技術開発をしても
資源の獲得効率が落ちる
x = 1/b
（片対数プロットの傾きの逆数）
で極大値
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
from
Li ore
44 kg CO2
460 kg waste
1 kg Li
41
44
3 Mn2.8
460 Li
12
5
Na
120 Co 2
20
800
3
Mg
W 2
Ga
15
Ti
7 3.5
Cr 8
200
16
Ta
25
7,500
1,800
In
2,000
Au 3
3
0.4 Fe420.9
Mined material
(resource view)
Extracted metal
(consumer view)
Top of mount Fuji
10Gton
A 25m pool
Pt
mount Fuji
100Gton
two mount Fijis
215Gton
An Olympic pool
Au
1500 Pentagons
Fe
Consumer end
Resource end
Mining
Transportation
CO2 : 0.03t
SOx : 0.10kg
NOx : 0.25kg
CO2 : 0.016t
SOx : 0.22kg
NOx : 0.017kg
( /t-ore )
( /1000km·t )
Extraction
11,800km
Metals
1t metal
Nb
Cu
6t concentrate
300t ore
Material involves a large amount of materials behind.
Ecological rucksacks
TMR: Total Materials Requirements
補足: 最近注目されている金属は資源端量の
大きな金属が多い
金属元素の関与物質総量係数 (‐/‐)
10 7
10 6
10
Rh
Os
Ir
5
10 4
10 3
10 2
10 1
触媒39%
顔料35%
●Pd
●Pt
Pd
●Au
電子部品48%
Au
触媒40%
Pt
私的所有 28%
Te 宝飾45%
半導体、LED
Ge
Tb
RuGa ●Ho Lu
●Sn
Tm
Pr
ブリキ
Sn
Re Eu
Gd
●Dy
磁石 U
ハンダ
Ga
Er Dy
Nd
磁石●Ta
Hf
Sm Th ●Nd
●In
Ce
コンデンサ50%
Ta
●Ag
●
透明電極
Ag
In
Ta線 30%
写真材料50%
La ●La
BeYBe
Zr
電線52%
Hg
発熱体Li
V
Br 電子部品73%
伸銅品47%
水素吸像
触媒 9%
Mo
●Mo
●Nb
Nb
●Cu
Co
●Ni
Tl
鉄鋼90%Sr
Cu
●Bi ステンレス91%
ステンレス90%
Ni
磁石28%
めっき65%
W 触媒 9%
Bi
B Zn15%
冶金添加 15%
銅合金
Sb
●
Mg
Se
Zn ●●Al
●Pb
Al
何年助剤
Sb 83%
Ti
Si ●Cr
蓄電池78%
As
Pb
Mn
輸送機械37%
無機薬品9%
建材 47%
ステンレス95%
Cr
Cd
10 0 -1
10
10 0
10 1
10 2
10 3
10 4
10 5
10 6
10 7
Global金属元素の年間生産量
Auunal Consumption(ton/year)
(ton/year)
10 8
Fe
Fe ●
10 9
Li
1,500
Be
2,500
B
140
Na
50
Mg
70
Al
48
Si
34
Rb
133
Ca
90
Sc
2,000
Ti
36
V
1,500
Sr
500
Y
2,700
Zr
550
Nb
640
Hf
10,000
Ta
6,800
Ce
2,000
Pr
8,000
Cr
26
Mn
14
Fe
8
Mo
750
Ru
80,000
W
190
Re
20,000
Os
540,000
Nd
3,000
Sm
9,000
Co
600
Ni
260
Rh
Pd
2,300,000 810,000
Cu
360
Zn
36
Ga
14,000
Ge
120,000
As
29
Se
70
Ag
4,800
Cd
7
In
4,500
Sn
2,500
Sb
42
Te
270,000
Tm
40,000
Yb
12,000
Ir
400,000
Pt
Au
520,000 1,100,000
Hg
2,000
Pb
28
Bi
180
Eu
20,000
Gd
10,000
Dy
9,000
Ho
25,000
Er
12,000
Br2
1,500
Ra
28,000,000
La
3,100
Th
9,000
Tb
30,000
U
22,000
TMR of metals plotted on the periodic table
Lu
45,000
Cell Phone
Fe
Co
Cr
Li
W0.39
Al
Sc
Ni
Br2
Ru
Sb
100
10
1 Pr
0.10.01
0.001
Ba 0.17 Ho
W
Tl
coal
0
Ni 0.27
Be
Si
Ti
Cu
Rb
Rh
Te
Nd
Er
Au 0.02
Re
Pb
oil
Ir 0.005
plastic
Cu 9.8
100
Co
plastic
37.1
B
P2
V
Zn Al 2.65
Sr
Pd Sn0.11
I2
Sm
Tm
Pb 0.006
Ag 0.14Os
Bi 製品重量55g
stones
50
(g)
資源端重量
-消費端重量
150
Ni 0.07
Cu 3.53
Fe 0.39
Cr 0.001
F2
Ne
S
Cl2
Cr
Mn
Ga
Ge
Y
Zr
Ag
Cd
Cs
Ba
Eu
Gd
W
0.07
Yb Ba 0.09
Lu
Ir
PtPd 3.7
Ra
Th
aggregates plastic
200
Au 22
250
Na
K
Fe
As
Nb
In
La
Tb
Hf
Au
U
Ag 0.68
300
plastic
0.36
Mg
Ca
Co
Se Al 0.13
Mo
Sn Sn 0.28
Ce
Dy
Ta Pb 0.0002
Hg
資源重量31kg
350
products view
Cu
56g
Fe
(100g)
Cu
Ag
Pd
Au
resouece view
31kg
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
単純重量フロー
廃車 5.17Mt
Al 非鉄樹脂
0.4Mt0.1 0.55
鋼 3.75M
(国内解体 4.6Mt)
シュレッダー業3.6Mt
プレス業0.9Mt
鋼
Al 樹脂
0.64Mt 0.23 0.13
鋼
0.33
取り外し1.1Mt
Al
0.05Mt
取り外し0.4Mt
鉄
1.8Mt
ASR 0.6Mt
非鉄樹脂類
0.04 0.45
鉄
0.13
海外
熱利用
0.45Mt
61
Material flow accounted by TMR of ELV 120Mt
Al38Mt
steel 47Mt
(recycle in JPN 103.3Mt)
Cu18Mt
shredder 83.1Mt
Fe
23Mt
plastic Pb Pt
5.4 4.5 5
A‐press 20.2Mt
鋼 Al
4 5
Fe
CuPb
plastic
Pt
Al 21Mt
8Mt
4 3 1.33.5
Disassembly 38.4Mt
Al
4Mt
0.7g/car (in real)
Pt
0.7
Disassembly11.1M
Al Cu
4Mt 12
鉄
1.6
Over see
ASR 21.2Mt
Thermal recovery
8.9Mt
62
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)
Ti, Al, Mg, Si
電力価格等に依存
• 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
+ 供給速度の問題
副産物の場合は特に大きい
51
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
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
24
exploration
metals in cell phone
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。
Connector
Cu, Ni, Au
Shield Plate
Fe, Ni, Cr
IC
Au, Ag, Si, Sn, Cu
Coil
Cu
Tip Ceramics Capacitor
Ag, Sn, Ti, Ni, Pb, Sr, Zr IC
Au, Ag, Si, Tip Resistance
Sn, Cu
Fe, Ag, Ni, Cu, Pb, Zn
Connector
Cu, Ni, Au
Shield Plate
Fe, Ni, Cr
IC
Au, Ag, Si,
Sn, Cu
Connector
Cu, Ni, Au
Buttery
Ni, H
Connector
Cu, Ni, Au
Tip Resistance
Fe, Ag, Ni, Cu, Pb, Zn
Circuit Board
Cu
Plastics
Sb
an example of urban mine
Lens
Si
LCD
In, Sn,Ba
Plastics
Sb
Speaker
Ferrite, Cu
IC
Au, Ag, Si, Sn, Cu
Tip Resistance
Fe, Ag, Ni, Cu, Pb, Zn
Circuit Board
Cu
Lead wire
Cu
Plastic
Cu
Ni 10000
Zn
Mg Fe
Sn Ba Zn Mg Al Ca
Pb
Ni
Cu4000
Cr
Ag
Co
Ta
Sn 2000
Sb
W Au B P Na
Mn Nd
Ta 300
Mo
Zr
Sr
La
K
Y Pr
Ag 100
Pd As V Li InHo
Gd
Au 4
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
30
①
日本の蓄積量/世界の埋蔵量　(%)
25
③
20
①
②
15
③
④
②
⑤
10
⑥
③
5
0
Sb
Cu
Au
In
Pb
Pt
Ag
Ta
Sn
Zn
22
埋蔵量と日本の都市鉱山可能性の関係
in Japan
4%
in Japan
5%
埋蔵量
29%
33%
都市鉱
山
可能性
45%
49%
都市鉱山
埋蔵量
ベース
35%
51%
可能性
62%
67%
in S.A.
4%
in S.A.
16%
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
160,000
Au (t) : 69%
140,000
120,000
100,000
Secondary Stock
80,000
On surface stock
60,000
40,000
20,000
Primary Stock
0
underground stock
(reserve)
74
79
84
89
94
99
04
1,000
Cu (Mt) : 48%
1,000
Ag (kt) : 70%
900
900
800
800
700
700
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
74
79
84
89
94
99
0
04
74
79
84
89
94
99
04
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
都市鉱山化を天然鉱山と対比してみる
使用: 製品として混合状態で含有
EOL製品
地殻
回収: 処理場への移動、処理可能量の確保
火山、微生物
回収製品
鉱床
解体: 資源の取り出し可能な状態に
採掘
粗スクラップ
分離: 不要物質の減量・除去
鉱石
選鉱
再生原材料
再生: 目的物質の抽出もしくは素材化
メタル
精鉱
製錬
金属
30
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
一台当りのgoods性はそんなに高くない
ポータブ
ポータブル
DVDプ
ビデオカ
デジタルルMDプ
CDプレイ液晶テレビレイ
オーディオ
電話機
レイ
メラ
カメラ
ヤー
ヤー
ヤー
¥/台
150
372
110
108
67
Co
0.04
0.16
0.04
0.04
0.02
Ni
1.90
6.99
2.86
1.54
1.15
0.60
Cu
4.21
28.97
12.75
6.15
3.74
Zn
0.07
0.52
0.25
0.06
0.10
Mo
10
21
66
43
119
0.01
0.02
0.04
0.01
0.45
0.43
0.18
0.79
2.80
0.38
2.34
10.88
4.17
0.71
6.90
8.32
1.50
5.01
0.48
0.04
0.03
0.08
0.13
0.01
0.09
0.01
0.01
0.04
12.33
3.08
1.23
4.31
0.12
70
32
カーナビ
フラッ
シュメモ
ゲーム
携帯電
リー
機
話
オーディ
オ（A)
Pd
40.07
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
W
0.01
0.07
Au
77.32
274.90
51.54
85.91
51.54
25.77
17.18
3.44
8.59
Pb
14.87
7.48
16.24
1.97
0.79
23.48
5.91
3.47
0.25
Bi
0.08
0.04
0.04
0.01
0.01
0.02
0.06
0.01
0.01
0.00
0.05
34.36
37.80
96.21
14.87
0.08
3.96
0.04
62 0.00
携帯
基板
従
基板取出
来
の試
人件費 3分 ¥50
電力
¥0
廃棄物 30g ¥0.6
基板取出
み
人件費 3分 ¥50
電力
¥0
廃棄物 30g ¥0.6
CPU等
50.9
チップ取出
人件費 20/5分 ¥67
119
電力 68W ¥ 1.4
廃棄物 12.5g ¥0.25
抽出
灰吹法 ¥0.3 + α
人件費
‐‐‐
電力725Wh ¥0.3
鉛循環
???
スラグ処理 ???
50.9
+α
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??
125
+α
精製
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
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
63
破砕
手解体
銅製錬所
筐
体
スラグ
親銅
レアメタル
レアメタル
金
銅
再生の二つの方法
スクラップ
高品位再生材料
高品位材料
二次材料
希釈型: Fe,Al,プラ、紙、ガラス等
バージン材が必要
抽出型: レアメタル、貴金属等
抽出物より廃棄物が多い
66
抽出型のコストは不要物で決まる
抽出型のプロセス負荷の本質
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
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
抽出型: レアメタル、貴金属等
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
67
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
・長い歴史の中での最適化
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
Basic technology of HOM‐sensor for Extraction of Metals
ナノ表面の元素認識に
よるレアメタル分離
El‐Safty & Halada; Press Release, March 2010
携帯5台を想定
500g
携帯
電話
都市
鉱石
破解機
酸溶解
沈殿
物
破砕
物
pH調整
溶解
ミル
錯イオン
化処理
片状
物
溶液
300g
200g
選択HOM
抽出
沈殿
酸化物
廃液
)還元
HOM
¥70
選択
捕獲
HOM
銅、アルミ
回収
沈殿
物
廃液
るつぼ
熔融
逆抽出
銅回収
Au
0.5g
¥5
Co
0.1g
¥360
73
投入T0
m1
回収業
再商品化
再生素材
S1
投入T1
受:容物は市場に依存
分離業
非商品化
物質処理
m2
被処理物
S2
投入T2
従来型再生業
廃棄物
処理
残留
廃棄物
廃棄物処理の視点で分離を行う
m3
S3
投入T3
S* = [ m1 * S1 – T1 ] + [ m2 * S2 – T2 ] のみで最適化、、 S2 < 0 のケースも
S’ = S* －T0’ －T2’ + m3’ * S3’ 74
投入T0
受容物
契:約等により受容形態指定
高度
再商品化
高度
再生素材
m1
S1
投入T1
分離
m2
カスケードカスケード
再商品化再生素材
S2
投入T2
マテリアル・リース工場
資源再生の視点で分離を行う
廃棄物
処理
残留
廃棄物
m3
S3
投入T3
S = [ m1 * S1 – T1 ] + [ m2 * S2 – T2 ] – [ m3 * S3 + T3 ] – T0 全体で最適化
75
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
他のリサイクル・ルートに添加して活用
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%
アルニコ機械部
磁石
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%
高い価値を引き出すリサイクルになっているか
解体のレベル
乾電池まま
再生の形態
コバルト化合物
粉砕乾電池
1500
3700
コバルト金属
5000
正極、負極混合物
酸化コバルト
正極
コバルト酸リチウム
コバルト酸リチウム
コバルト酸リチウム電極
8000
残りの処理
前処理
処理に要する投入
gain
Nd磁石
鉱石
ばい焼
粉末屑
20‐30%
表面処理
固形屑
3‐5%
浸出
酸化処理
加工
Ni除去
溶媒抽出
酸溶解
焼結
真空溶解
プラズマ溶解
酸化物
プレス
溶融塩
電解
粉砕
希土類
金属
磁石合金
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
Eco‐sphereでの循環
製品
製造
素材
製造
他製品
望ましいリサイクルフロー
他素材
u: 物質／単位サービス
product
使用
回収
分離
最小アウトプット
最小インプット
v
Techno‐sphereでの循環
マテリアル
リース
システム
w
‐⊿w:waste output
老廃屑
加工屑
quality control
高品位、成分情報有り
使用されないリサイクル
Energy
q Resource
waste
‐⊿v:resource input
p
素材に戻れないリサイクル
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）
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
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
83
基本は解体設計ベースのマテリアルリース型循環
大量生産・大量消費・大量廃棄のマテリアルフロー
小規模な循環
大量の
資源
マス・
プロダク
ション
要求の物質化製品
選択
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
製品
モノとしての
製品の消費者
資産の蓄積
大量の廃棄物
多様な欲求
適材適所のマテリアルフロー
少量の資源
生産
物質の循環
システム
要求の
物質化
マテリアル・リース
サービス
カスタマイズ
サービスの
享受者
少量の廃棄物
充足感
要求と設計の適切なインターフェイス
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
84
新成長戦略、産業構造ビジョン
CSRとしての
自社自給率の向上
2030までに
レアメタル自給率 50%以上
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
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”
ニッケル・フリー
ステンレス鋼
鉛や水銀を
希土類に
使わない材料
頼らない
磁性材料
白金の数10倍
インジウムを使わない
活性な触媒
液晶ディスプレー
産業界と連
携し多様な
応用の可能
性
有害物フリー
タングステ
ンを使わな
い高信頼
性工具
元素戦略の背景
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
希少元素の
使用量の増加
社会貢献
需給リスク
元素戦略
化学
金属学
電磁気学
結晶学
力学
物
理
By 文科省高橋室長
資源の供給不安や偏
在
価格の急騰
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
環境負荷
・採掘による環境破壊
・鉛など有害物質の使用
基礎学問領
域
様々な学問領
域の研究力を
糾合
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
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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
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
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
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
哲也
靖
英治
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
文科省「元素戦略」 19年度採択テーマ(2)
★ 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。
金属学会2007終期大会ナノ・材料室室長講演より

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