2019 あいち環境塾提言「20 年後の未来社会へ向けての環境に関するビジネスモデルや政策」

次世代産業「愛素」
アルミニウム排出物の新・再資源化

グループ名：資源循環
メンバー：有馬徳彦、大西泰広、佐藤俊也、髙橋進太
チューター： 神本祐樹、志水剛、武田美恵

1. 現状の把握（課題認識）

愛知県は日本有数の輸送機器産業の集積地帯であり、それらを支える産業として、臨海部等に石油化学コンビナートや金属精錬・加工工場が立地している。
製造品出荷額は 46 兆 9,681 億円と 2 位の神奈川県を約 2.4 倍と大きく離しており、日本産業の要である。 1）
近年、二酸化炭素排出量の抑制・削減が求
め られ ており 、産業 界 の み な らず家庭でも脱 炭素 化の取 組が進 め ら れ て いる。二酸化炭 素の 排出量 の大部 分 は 産 業 に由来してい
図 1 アルミニウム使用推移

るが、輸送・移動に関する排出量も極めて多い。工場等の生産現場での省エネルギーの取組は石油危機以来、我が国では取組が浸透していることから、工場等の産業に起因する二酸化炭素排出量の削減は困難であるとされている。
その一方で、輸送や移動に起因する二酸化炭素排出量は、産業由来比較して二酸化炭素排出量の削減の可能性が高いとされている。また、近年では電気自動車や燃料電池車などの走行中に二酸化炭素を発生しない車両が市販される様になり、充電スタンドや水素スタンドなどの前述の車両の運用に必要なインフラの整備が進んでいる。
自動車燃費規制に伴い、各種部品へのアルミニウムの採用増加が進んでいる。また EV（電気自動車）では、航続距離延⾧のための軽量化は必要不可欠である。これらのことから、アルミニウムの使用量は自動車産業を中心として増加することが予想されている。実際に、図１に示した様に世界のアルミニウムの需要は年率 3.9％で拡大し、2040 年の使用量は 2020 年比で 2.15 倍になると予想される。 2）アルミニウムのボーキサ イトからの精 錬は、他国と比較し て電気料金の 高い日本では行われ ておらず、輸 入された金属塊と国 内のリサイクル物が我が国のアルミニウム

図 2 アルミドロスの処理フローの原料として使用される。アルミニウムの溶解作業では、不純物の除去を目的としてフラックスが添加され、溶湯中および表面にアルミドロスと呼ばれる副産物が必ず発生する。溶湯から分離後、金属分を回収した後のアルミドロス残灰（全体の 44%：図 2 参照 3））は製鉄工程中の脱酸剤や電気炉における助燃剤として鉄鋼業で有効利用されてきたが、一部鉄鋼スラグからのフッ素等の溶出による水質・土壌汚染が引き金となり、鉄鋼業界ではアルミドロス残灰の利用をとりやめている。鉄鋼業で利用されない場合、産業廃棄物としての処理となるが、処理量の高騰、埋立処分場の逼迫等により、廃棄先の選定が困難になるとともに、一部は生産現場等の事業所で保管量を余儀なくされている。4） このような状況は生産現場の競争力を抑制するため、自動車産業が発達している愛知県が率先してアルミニウム排出物の適正処理に取り組むべきである。

2. 20 年後に向けての提言の概要

アルミドロス残灰には、未回収アルミニウム分が約 15％含有されている。5）
未回収アルミニウムには、金属アルミニウムを含んでおり、アルミニウムの酸化に伴う水素還元が以下の様な式で発生し、水蒸気爆発を起こす危険が潜んでいる。

2Al+6H 2 O → 2Al(OH) 3 +3H 2

経済産業省が発表した水素基本戦略 6）では 2050 年を視野に水素発電の商用化や業務・産業用燃料電池を活用したエネファーム事業等のビジョンを示している通り、水素は今後再生可能エネルギーとともに、重要な位置を占める。
今回の提案では、環境的側面と安全的側面から利用価値を失いつつあるアルミドロス残灰から、アルミニウム含有廃棄物の適正処理とアルミドロス残灰の特性を利用した新しい水素製造方法について提言する。

3. 提案の内容「アルミニウム排出物の新・再資源化」の先行導入により、アルミニウム含有廃棄物の適正処理と、副産物である“愛素（水素）”の回収を実現させる。

埋 め立て処分さ れるア ル ミ ニ ウム精錬工場等より排出されるアルミドロス残灰等のアルミニウム排出物を回収する。回収したアルミニウム排出物に水を加えて“愛素”を生成させる。“愛素”生成工程では、触媒、吸着剤、耐火物等の各方面に使用されるアルミナ（酸化アルミニウム）も生成する。
【現状の姿】【理想のあり方】

図 3 現状の姿と理想のあり方

この“愛素”生成工程による水素発生量のポテンシャルとしては、2017 年のアルミニウム排出物発生量 20,300t-Al 7） より年間で 20,262,000 ㎥の水素生成が見込まれる。2040 年では、アルミニウム使用量は 2020 年比で 2.15 倍になると予想され（図 1 参照）、2040 年には本提案から発生する水素生成量は年間54,313,300 ㎥と見積もられる。この水素生成量は、水素をエネルギーとする燃料電池自動車の 1,778 台/日をカバー可能なエネルギーである。
上 述した数字は 全国か ら 発 生 するアルミニウム排出物から算出した数値であり、愛知県工業出荷額 14.7% 8） を考慮すると 2040 年では愛知県における水素燃料電池自動車の 266 台/日のエネルギーを賄える。
また、“愛素”生成はアルミニウムと水（+苛性ソーダ）の反応で水素を生成しており、二酸化炭素を発生させないクリーンな製造方法であり、経済合理性の見通しが得られた CO 2 フリー水素でもある。

4. 提案実現のための具体的な取組（アクションプラン）と実現可能性

本提案であるアルミニウム排出物より水素を生成する技術の創成は、水素社会実現に向けての一翼を担う技術であり、その技術創成プロセスや施設誘致の両面から産官学の連携強化は重要である。具体的には水素生成工程、アルミド
ロ ス残 灰のリサイクル 等 で 大学等の研究機関からの協力を得ることで技術力基盤の強化を、行政機関からは本提案に対する助成及びプラント誘致に関する協力体制を行うことで、本提案が新たな成⾧産業の一つになると考えられる。
以下に本提案実現に対するアクションプランを示す。

4-1

アルミニウム排出物のリサイクルについて

アルミニウム排出物は酸化物を主成分とし、未回収の金属アルミニウム分、窒化物、塩化物、フッ化物等で構成されている。 4） アルミドロス残灰

に含有されているフッ素は環境規制物質であり、その大半が産業廃棄物として限られた場所での管理型埋立処理を行っている。近年の研究により、アルミドロス残灰に含まれるフッ素や窒素の除去プロセスとして、ドロスの 加 熱 に よ る フ ッ 素 化 合 物 の 揮 発 除 去 を想 定 し た 乾 式 プ ロ セス と 水 を 利用 し た 窒 化 ア ル ミ ニ ウ ム と の 反 応 に よ る窒 素 除 去 を 想 定 し た湿 式 プ ロ セスについての研究が行われている。
また、アルミニウムの融剤として主に使用されている蛍石（CaF 2 ）に代わるフラックスを研究開発することにより、アルミニウム排出物内にフッ素を含有する研究も行われていることより、両技術を産官学連携により実用化を図る。

4-2 アルミニウム含有廃棄物の回収方法
ア ル ミ ド ロ ス の 大 半 は 高 炉 を 所 有 し アル ミ ニ ウ ム 溶 解 を 行う 非 鉄 金 属
メーカーより排出されるので、非鉄金属メーカーをメイン回収ターゲットとする。

4-3

水素濃縮技術の確立

燃料電池に用いられる水素に不純物（二酸化炭素、窒素、アンモニアガス等）が含まれると、燃料電池の発電性能に影響を及ぼしてしまう。そのため、水素生成工程においてこれら不純物を除去する技術が必要となる。
本件は産学連携にて不純物除去技術を確立し、日本工業規格を満たす水素を生成する。

4-4 施設誘致選定
アルミニウム使用量は年率 3.9%で拡大している。2）愛知県はアルミニウ
ムを多く使用する自動車産業をはじめ、航空宇宙産業やロボット産業等の日本屈指の産業集積地域であり、それら産業にアルミニウム板材を供給する 非 鉄 金 属 メ ー カ ー も 臨 海 地 域 に 拠 点 を構 え て お り 愛 知 県 は提 案 事 業 を進めるには最適の地であると言える。

4-5 アクションロードマップ
図 4 に示す通り、2020 年
より共 同研究企業を公募し、水素濃縮技術研究、残渣再生リサイクル、提案事業誘致場所
図 4 アクションロードマップ
選定を行い、2040 年を目標として“愛想”生成工場の稼働を目指す。

5.

波及効果
環境省は 2015 年度のデータを基に産業廃棄物の最終処分場の残余容量は 1億 6,736 万 m 3 、残余年数 16.6 年であると発表している。 9） また 2017 年 7 月に中国政府が発表した海外からの廃棄物輸入禁止により、国内の最終処分場は益々逼迫している状況である。提案事業が実現する事により、最終処分されていたアルミニウム排出物を提案事業によりアルミナとして排出し、耐火煉瓦や窯業用材料として再利用を行う事で最終処分場の延命化の一助となる。
また、提案事業の水素生成過程で発生する環元水の熱回収にて一日当たりプール（25m×10m×2m）47.3 杯分の温水が発生する。この温水を利用し、宿泊施設や医療施設への熱供給、更に提案施設に従事する従業員をはじめ、宿泊施設、医療施設等の従業員と建設地域における雇用増加効果も見込まれると考える。

6.

最終報告会における議論【質疑応答】
・提案事業の資金出資はどこが行うのか。
 事業資金の出資先としては民間企業が行うことを想定している。ただしアル ミド ロス残灰 の リ サ イ クルに関する研究開発に関する事や低炭素化促進に向けた設備整備事業としての国や県からの助成金は別途検討している。

・提案事業の建設予定地はどこを想定しているか。
 現時点では検討事項であるが、波及効果で述べたように、建設地域の活性も期待出来るので過疎化地域で、かつ原料となるアルミニウム含有廃棄物が多量に発生する工場が拠点を構える地域が良いのではと考えている。

・アルミニウム排出物の発生量は下がってくる可能性はあるのか。
 アルミドロスはアルミ溶解工程において必ず発生する物質であり、アルミニウム使用量が今後拡大していく事が予想されるので、アルミドロス自体の発生量が減っていく可能性は低いと考えている。

【講評】
・ 提案事業は有害であるアルミドロスの無害化が目的なのか、それとも再資源化が目的なのか。そもそもアルミドロスは有害であるのか。この点を明確にすべきであった。
・ 提案事業にて資源循環を行い、結果として水素生成を行い、水素単価が下がるのであれば良い。
・ 資源循環の観点から地域循環の内容を盛り込んで欲しい。

【引用文献】
1）「平成 30 年 工業統計調査結果（愛知県）」 平成 30 年 6 月 1 日

愛知県

2）｢㈱UACJ の高機能アルミニウム 材料開発と将来展望｣平成 30 年 渋江和久
3）「アルミドロスの MFA およびその有効利用に関する LCA」平成 19 年 3 月
東北大学大学院環境科学研究科
4）｢アルミドロス等の改質処理法及びリサイクル可能調査｣平成 28 年 3 月 25 日
東北大学大学院 工学研究科
5）「アルミドロスの処理とリサイクル」大西忠一
6）「水素・燃料電池戦略ロードマップ」平成 31 年 3 月 12 日
水素・燃料電池戦略協議会
7）「リサイクルデータブック 2019」令和元年 7 月 26 日
一般社団法人産業環境管理協会 資源・リサイクル促進センター
8）「平成 30 年工業統計地域別統計表」令和元年 8 月 23 日 経済産業省

9）「平成 30 年版 環境白書」平成 30 年 6 月 5 日

環境省