環境創成計画学講座

Ecomaterial Design and Process Engineering

ライフサイクル評価学分野

Life Cycle Assessment

持続可能な物質循環を目指した
環境経済工学研究
Ecomaterial design and process engineering towardsustainable material cycle

教授

長坂 徹也

Professor

Tetsuya Nagasaka

The objectives of our research subjects are the design of eco-material processing for base-metal production,
waste treatment and artifi cial resource development with the minimum energy consumption, resource input andenvironmental load. Some research projects include the design of eco-material, material/substance fl ow analysis
and its management, development of new index of sustainability. We are now trying to establish new academic
area by combining “Material Process Engineering “and “Environmental Economics” to solve environmental problems
based on the concept of “Industrial Ecology”

未利用リン資源の有効利用に向けた
リン資源循環モデル開発

准教授

松八重 一代Associate Professor

Kazuyo Matsubae

関連するプロジェクト

組成調査分析し、電炉再資源化の際に、どの元素がどのように・平 成 23 年度 環境省環境総合研究推進費「未利用リン資メタル相、スラグ相に分配されるのか、その挙動も含めた基礎源の有効活用に向けたリン資源循環モデル開発」K2307

調査を行い、合金元素の循環に焦点を当てた最適スクラップ［2010 年 4月－現在］代表者：松八重一代

ソーティングシステム（図 3）の提案に向けた検討を行った。

ELVスクラップ再資源化に着目した鉄鋼合金元素フロー解析

関連するプロジェクト

近年、鉄鋼材料や IT 関連製品などの材料および製品の高機能・高品位化に伴い、レアメタルの安定供給が重要視されて・
（社）日本鉄鋼協会

環境・エネルギー・社会工学部会 ,「素材産業から見た自動車リサイクル研究会」［2011 年 4 月– 現在］主査：松八重一代 .
・平 成 23 年度文部科学省科学研究費若手研究 A「随伴元素に着目した金属スクラップ循環分析」（23686131）

殊鋼材の生産に用いられていることから、鉄鋼業におけるレアメ［2011 年 4 月－ 2014 年 3 月］代表者：松八重一代あるため肥料として農業分野で多く使用されるなど、人間生タル戦略の位置づけは極めて大きい。また、加工の際に発生・平成 23 年度環境省 自動車リサイクル連携高度化等支援

活に必要不可欠な元素である。しかしリンの原料であるリンする切り屑や寿命を迎えた鋼材は、スクラップとして電炉に投入

事業「廃自動車スクラップ随伴合金元素の高度有効利用

鉱石の産出の内訳は中国、アメリカ、モロッコの上位 3 ヵ国され、再び鋼材として社会に戻ることとなっている。しかし、こに向けたマテリアルフロー解析ならびに元素分配傾向基で 7 割近くを占め（2010 年）、さらに高品位のリン鉱石の枯の鉄源としての鉄スクラップ利用から、スクラップに随伴する合礎調査」代表者：松八重一代

渇と産出国による資源の囲い込み等を背景に世界全体での金元素の散逸、もしくは意図しない混入が懸念される。したがっリンの需給が逼迫している。更に今後は、BRICs を始めとて、レアメタル資源の持続的な管理やコンタミソースの観点からした後進国の人口増加やバイオ燃料の普及によるリン酸肥も、鉄鋼製品に随伴する合金元素の把握や適切な処理を行う料の需要増加が見込まれ、リンの戦略資源化が懸念されている。リン資源を海外からの輸入に頼らずに国内での安定図 1 2005 年の我が国のリンのマテリアルフローことが重要となる。 本研究では、特殊鋼材使用量の多い自動車に着目し、廃自動車（End of Life Vehicle; ELV）由来の鉄これまでに行った詳細なリンの MFAをベースに産業連関分析

スクラップが電炉により再資源化される際に、どの合金元素が回収や再利用による経済・環境への影響について定量的な（IOA）の手法を応用して、最適で新しいリンの循環利用を考える

どのくらい希釈、拡散されるか定量的に明らかにすることを目的と考察が必要不可欠である。

ための総合的なリン資源循環モデル（Integrated Phosphorus

し、廃自動車の精緻解体と、各構成部品に含有される合金元素

Cycle Input-Output model : IPCIO）の開発を行った。IPCIO（Mn、Ni,Cr,Mo）についてハンドヘルド蛍光 X 線分析計を用テリアルフロー（MFA）である。単位は純リン分（P-t）である。

は、産業連関表の行列をベースとし、国内のリンのマテリアルフいて実測による分析を行った。

食糧分野において、年に 28.4万 t のリンが肥料として農地やロー分析の結果を利用し、リン関連財に関して産業連関表の部牧草地に施されている。しかしその全てが作物等の生長に消門の拡張と物量化を行って作成した。IPCIO モデルは国内のリ費されることはなく、多くが土壌中に拡散してしまう（27.8 万ンの二次資源ポテンシャルを抽出するのと共に、リンの循環利用t）。そのため、農業や畜産業における施肥量の調整が必要だによるリン関連財の需給への影響を定量的に考察を行うことがでと言える。工業分野で利用されるリンの主な用途は肥料原料きる。さらに IPCIOを用いてリンの循環利用のシナリオを想定し、であるが（19.8 万 t）
、化学工業の各用途にも多くのリンが使

産業連関分析により循環利用による波及効果を調査することで、用されている（7.0 万 t）。その用途によっては、金属表面処理国内での有効なリンの循環利用の方法を提言した（図 2）。

Ecomaterial Design and Process Engineering

供給を図るためには、国内のリンの二次資源ポテンシャルや、図1は本研究で推定した日本における2005 年のリンのマ環境創成計画学講座いる。 国家備蓄対象 7 鉱種の国内需要のうち、約 95％が特

リンは窒素やカリウムと並んで植物の三大栄養素の1つでのめっき浴に使用されるリンの様に、製品にのらずに副産物として歩留まり落ちするもの（1.3 万 t）も存在し、それらが高純度のリンの二次資源として考えられる。また鉄鋼業の副産物であるスラグ中のリン量（11.2 万 t）はリン鉱石の輸入量に匹敵し、磁気分離等による回収の技術開発が進められてい図 3 スクラップソーティングシステムの概念図る。国内で利用されたリンは最終的に土壌蓄積や、製品としての社会への拡散や、廃棄物としての埋立となる。これらの今年度は廃自動車の精緻解体スクラップをサンプルとして調部門の中で特に、人間活動による排水やそれを処理した汚泥達し、自動車部品に用いられている各種素材量を実測する。さからは比較的容易にリンを回収でき、様々な回収技術が考案されている。

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らにマテリアルリサイクルの際、もっとも大きな重量を占める鉄図 2 IPCIOの概念図

鋼材についてはその部品別鋼種別重量とその合金量を詳細に
アクティビティレポート2011

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