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

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

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