2010/7/9

廃棄物循環資源学会研究部会合同講演会

京都大学エネルギー科学研究科 山末英嗣

どちらの鉱山を使うべき？

自然鉱山

都市鉱山

「量」と「質」の観点から

自然鉱山（自然鉱石）

元素濃度

自然鉱石の品位を評価する際，「元素濃度」は一般的な指標として用いられることが多い。
都市鉱山でも評価に使える？

Concentration in product or ore

自然鉱石で規格化したCu 濃度
25FY1996

20FY2002

151050

自然鉱石よりも高い場合が多い金の元素濃度に注目すると・・・・>>

どのような単位で都市鉱山（鉱石）をみるかが重要単位鉱石という考え方
5/22

to natual oreby NO.
ratio of urban ore
The
UO normalizedof gradeconcentration
Elemental 大まかには品位を反映

110CuAgFeBetter

In010Al–1WorseZrNi

10BaZn1990

Sn20002010
Fiscal year2020

 濃度が高い元素は実際にリサイクルされている元素が多い

AuPb

している？

 しかし，元素濃度だけで製品中の元素の品位を表すことができるだろうか？

自然鉱山（自然鉱石）

元素濃度

自然鉱石の品位を評価する際，「元素濃度」は一般的な指標として用いられることが多い。
都市鉱山（都市鉱石）

元素濃度

存在形態や元素に戻す（リサイクルする）方法が自然鉱石と異なるので，同じ感覚で「元素濃度」を指標として使うには注意が必要。

興味：自然鉱石と都市鉱石を同じ土俵で比較するために，元素濃度という指標をヒントに（関不物質総量）TMRを使う方法を提案したいずりや脈石成分など統計に表れないフロー：隠れたフロー精錬された元素・素材

精錬
輸送

1kgの元素・素材を精錬するために関不する全物質
量：自然鉱石TMR (kg/kg)

選鉱
直接投入
物質投入

採鉱

自然鉱山

エネルギー投入

間接投入
隠れたフロー 関不物質総量（Total Materials Requirement,TMR)を用いた評価法に注目
 自然鉱石TMR (NO-TMR)
 自然鉱石の製錬に関するTMR S. Bringes, D. Wittmer (Wuppertal Inst.)
 原田ら(物材研), 中島ら (国環研)

9/22

10,000,000

粗鉱品位とTMRの対数には大まかな線形関係が残る

自然鉱石TMR (kg/kg)

1,000,000
100,000
10,0001,000
100
1010.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

110100粗鉱品位(%)
10

1.00E+07
1.00E+06

log (NO-TMR) = 1.037 log (MIT)

Au
Pt

TMR

1.00E+05
1.00E+04
Ag

1.00E+03
Ni

1.00E+02
1.00E+01

PbFe

Cu

Zn Al

1.00E+00
1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06
MI11/22

自然鉱石TMR (kg/kg)

10,000,000
1,000,000

粗鉱品位とTMRの対数には大まかな線形関係が残る

100,000→ずりが支配的

10,0001,000
1001010.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

110100粗鉱品位(%)
12自然鉱山（自然鉱石）

TMR forsmelting
元素濃度(自然鉱石TMR)

自然鉱石の場合，粗鉱品位（元素濃度）と自然鉱石から元素を抽出するためのTMR（自然鉱石TMR）に等価性

都市鉱山（都市鉱石）

TMR forrecycling(都市鉱石TMR)

元素濃度

したがって，都市鉱石の場合も元素濃度ではなく，都市鉱石から元素を抽出するためのTMR（都市鉱石TMR）を用いるべき。

 関不物質総量（Total Materials Requirement,TMR)を用いた評価法に注目
 自然鉱石TMR (NO-TMR)
 自然鉱石の製錬に関するTMR S. Bringes, D. Wittmer (Wuppertal Inst.)
 原田ら(物材研), 中島ら (国環研) 都市鉱石TMR (UO-TMR)
 都市鉱石のリサイクルに関するTMR

 データはおろかフレームワークも定義されていなかった
14/22

リサイクルされない部分：
都市鉱石ずりリサイクルされた元素・素材

リサイクル
1kgの元素・素材をリサイクルするために関不する全物質
量：都市鉱石TMR (kg/kg)

輸送

直接投入

回収

都市鉱山

物質投入

エネルギー投入

間接投入
隠れたフロー

家電製品
 TV(CRT, LCD), 冷蔵庫，洗濯機，エアコン，掃除機，電子レンジ
 金，銀，銅，鉄スクラップ，アルミスクラップ，タンタル，インジウム



携帯電話，ノートPC

 金，銀，銅，鉄スクラップ，アルミスクラップ，タンタル，インジウム

建築物

 鉄スクラップ，アルミスクラップ，再生路盤材

自動車

 金，銀，(銅)，白金，パラジウム，ロジウム，鉄スクラップ，アルミス

クラップ



スラグからのリン回収
 都市鉱石TMR: リン酸アンモニウム，リン酸 自然鉱石TMR: リン酸アンモニウム，リン酸，硫酸，アンモニウム，ナフサからの水蒸気改質水素，脱硫石油（と硫黄）16/22

都市鉱石TMRまたは自然鉱石TMR (g/g)

Bad1000000
100000自然鉱石TMR

10000

都市鉱石TMR

1000

100
101GoodAuAg

CuFeAlTa

Inはリサイクルする方が精錬するより環境影響が大きい

In自然鉱石TMRまたは都市鉱石TMR (kg/kg)

10,000,000

金の自然鉱石TMR
金の都市鉱石TMR（ノートPC）

1,000,000

自然鉱石TMRと粗鉱品位の関係

100,000

10,0001,000
1001010.00001

金の粗鉱品位

自然鉱石換算元素濃度

53 times
0.00010.001
0.010.11
粗鉱品位（元素濃度） (%)

10100

すなわち，都市鉱石TMRは，元素濃度をベースとして輸送やリサイクルプロセスに伴う物質・エネルギー投入を負の影響として加味した指標と見なすことができる

Elemental concentration (%)

1.00E+02x2.6
x40

1.00E+01
1.00E+00

Goodx11

ノートPC中のインジウムの単純な元素濃度は自然鉱石より高いが，リサイクルプロセスを考慮すると必ずしも高品位ではない。

x12x5

1.00E-01

x0.3
1.00E-02x53
自然鉱石の粗鉱品位

1.00E-03

自然鉱石換算元素濃度

1.00E-04

Bad
Au

Ag

Cu

FeAlTaIn 都市鉱石TMR: 拡張した鉱石品位

元素濃度をベースにリサイクルプロセスに関する物質投入を負の影響として加味 金，銀，銅など，精錬したものとリサイクルした物の品質が同程度の場合（機能単位が同じ），自然鉱石TMRと都市鉱石TMRの比較には意味がある。

 鉄スクラップ，アルミスクラップなど，精錬したものとリサイクルした材料の品質が同程度でない場合，機能単位が異なるため，自然鉱石TMRと都市鉱石TMRの単純な比較はできない。

鉄スクラップ

希釈など→物質・エネルギー
投入量の増大丌可避的な混入銅線

純鉄21/22 木造;
 従来木造 2x4木造
 鉄造;
 鉄筋コンクリート造(RC造) 鉄骨造(S造）

従来木造

2x4木造

組成データ
・地上部分
・地下部分
Tanikawa, H., S. Hashimoto. 2009. Urban stock overtime: spatial material stock analysis using 4d-GIS.
Building Research and Information, 37 (5-6): 483-502.

RC造S造

 地上・地下構造を含めた戸建て全体を「単位鉱石」とした。
 鉄スクラップを回収・溶解するまでを評価
 ケース1
 地上構造のみを回収・リサイクル
 地下構造部は「都市鉱石ずり」と見なされる
 ケース2
 地上・地下構造の両方を回収・リサイクル

都市鉱石ずり，再生化プロセス（電炉での熔解）が支配的

2018

UO-TMR (kg/kg)

16

木造系の都市鉱石TMRが大1412

再生化10輸送

8破砕・選別現場解体

6

都市鉱石ずり4

材料自身

20Case 1 Case 2 Case 1 Case 2 Case 1 Case 2 Case 1 Case 2
従来木造2x4RC造

S造

銅の混入量：小9銑鉄（内訳は推定）

UO-TMR or NO-TMR (kg/kg)

876

その他

5

輸送

4破砕・選別現場解体

3（都市鉱石）ずり

2

素材自身

10

建築物
(case2)

家電製品

携帯電話

自然鉱石

品質（機能単位）が違うので単純な比較は難しい 品質の差に不える要因の一つ：
 鉄スクラップには銅が混入

従来木造 2x4木造 RC造
S造
棒鋼
棒鋼
棒鋼 棒鋼 形鋼
鋼材中の銅量 (wt%)
0.35
0.35 0.35 0.35 0.28
混入する銅量 (wt%)
0.49
0.49 0.49 0.49 0.08
合計の銅量 (wt%)
0.840.84 0.84 0.42
Tanikawa, H., S. Hashimoto. 2009. Urban stock over time: spatial material stock analysis using 4dGIS. Building Research and Information, 37 (5-6): 483-502.
Fujimaki, D., Y. Igarashi, I. Daigo, Y. Matsuno, Y. Adachi. 2006. Estimation of Quality Change in
Domestic Steel Production Affected by Steel Scrap Exports. Tetsu-to-Hagane, 92 (6): 401–405.

 いくつかの極端なシナリオを想定し，都市鉱石

TMRを用いた評価方法の特徴を検証
 TMRという観点ではどのようなリサイクルが有効なのか？

27/22

都市鉱石TMRまたは自然鉱石TMR (g/g)

TMR: 小さいほど環境に不える攪乱量が小さい3500000
金の都市鉱石TMR(kg/kg)

素材化プロセス3000000

破砕選別
輸送

2500000

都市鉱石ズリ金自身

2000000
1500000
1000000

金の自然鉱石TMR

500000
0金のみ金＋銀

100000
金の都市鉱石TMR(kg/kg)

90000
80000
70000
60000
50000

素材化プロセス

40000

破砕選別

30000

輸送

20000

都市鉱石ズリ

10000

金自身

0
金＋銀＋銅

金＋銀＋銅＋鉄スク＋アルミスク

金＋銀＋銅＋鉄スク＋アルミスク＋混合プラ

金の都市鉱石TMR(kg/kg)

10000000

1000000

10000010000 ある元素の重要性が非常に高い場合，相対的に品位が低い他の元素をリサイクルすることで，対象とする元素の品位を上げることにつながる可能性。
 金のように含有量の少ない元素・素材をリサイクルする場合は追加的に重量が多くかつ高価な元素・素材をリサイクルすることでその品位を向上できる可能性が高くなる。
 都市鉱石とはいえ複数の元素をリサイクルして初めて有用な鉱石となり得ることが多い。
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TMRを用いた新たな視点からの評価方法(製品ごとの評価)

×都市鉱石TMR1×都市鉱石TMR2

1つの製品(都市鉱石)

都市鉱石から素材をリサイクルする際のTMR

×都市鉱石TMR3

リサイクルによってどれだけTMRが削減されているか

×自然鉱石TMR1×自然鉱石TMR2

自然鉱石同量の素材を自然由来から得る際のTMR[TMR削減量]

×自然鉱石TMR3

同量の素材

TMR削減量が大きい製品

環境への影響を多く削減している

金の製錬に換算

0.08
ton

0.06
ton

27.6
ton

26.4
ton

26.0
ton

1.0E+11Cu (73%) Pt (30%)

TMR削減量 kg

1.0E+10

主要な因子
合計80.1tonの金を自然鉱石から得る際のTMRに相当→環境への影響を削減

1.0E+09Au (53%)

1.0E+08

路盤材 (30%)

Au (59%)1.0E+07
ノートPC 携帯電話家電

自動車

建築物

 TMRという観点から都市鉱山に含まれる元

素・素材の評価方法を提案し，いくつかの事例を示した。
 TMRという観点では，都市鉱石は複数の元素をリサイクルして初めて有用な鉱石となり得ることが多い。
 金のように含有量の少ない元素・素材をリサイクルする場合は追加的に重量が多くかつ高価な元素・素材をリサイクルすることでその品位を向上できる可能性が高くなる。
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