総説
特別寄稿①

総説

Ge n e ra l To pic s

リサイクル特性を反映した鉄鋼材料の LCA
小野 透 O N O T o r u

岡崎 照夫 O K A Z A K I T e r u o

新日鐵住金株式会社

日鉄住金総研株式会社

田中 陽子 T A N A K A Y o k o北山 未央 K I T A Y A M A M i o

日鉄住金総研株式会社

日鉄住金総研株式会社

製品環境負荷の評価には、使用時の負荷に加えて、その製品の製造段階および製品寿命到達後の最終処分やリサイクルを含めたライフサイクル全体での資源・エネルギー消費に伴う負荷を考える「Life Cycle Thinking」が重要である。鉄鋼材料は製品寿命到達後スクラップとして回収され、新たに鉄鋼製品として生まれ変わるという優れたリサイクル特性を有しており、これは製造時の環境負荷低減、天然資源採掘量および廃棄物処理量削減への寄与の観点から適切に評価される必要がある。本報では、持続可能な材料リサイクルの条件を明らかにした上で、鉄鋼材料の特徴を記述し、それを反映したLCA 手法（worldsteel LCA 方法論）を解説する。など、その材料の持続可能性に大きな影響を与える要

はじめに素であり、LCAにおいてもリサイクルの影響・効果を正自動車や家電製品あるいは建物など（以下「最終製品」と確に把握、反映する必要がある。

いう）を構成する「材料」に求められる最も重要な要素は、強度や比強度や耐熱性などの「使用時の材料機能」であろう。しかし、それぞれの材料がどれだけの環境負

1．素材のライフサイクルとリサイクル荷をもって製造されたのか、また自動車などの最終製品

自動車や家電製品など私たちの生活を支える最終製が寿命（EoL：End of Life）を迎えたあと、それを構成して品は、その利用が終了し廃棄された時点で寿命（EoL）いた材料がどのように最終処分、あるいはリサイクルさを迎える。しかし、それらの最終製品を構成している材れるのかも、材料を評価する上で極めて重要な要素で料は、最終製品のEoL 後、様々な運命をたどることにある。

なる。一部の材料は技術的、経済的な要因でリサイク材料のLCA を考える上で、資源採掘から材料製ルされることなく直接最終処分され、最終製品のEoLと品の生産まで（Cradle to Gate）の評価については考え方がともにその材料もEoLを迎えるが、多くの材料は様々な確立しているといえるだろうが、最終製品寿命到達後形でリサイクルされることになる。材料のリサイクル手法と＊1の材料リサイクル（End of Life Recycling）の評価については、 しては、① thermal recycling、② cascade recycling、一般に浸透しているとは言い難い。
材料にとってリサイクルは、その製造に係る環境負荷低減に加え、天然資源採掘量や廃棄物処理量の削減
図 1 ／素材のライフサイクルとリサイクル058

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No. 9③ closed-loop recyclingに大別される（図 1）。

特集
1① thermal recycling（open-loop recycling）

ルや道路などの素材として利用される（③）。そして鉄鋼製品を使ったそれらの最終製品は、社会において必要る手法。廃棄物減容化の必要性から実施されることもな機能を果たしたあと、最終製品としての寿命（EoL）をある。同一材料製造のための天然資源消費量削減効迎える（④）。鉄鋼材料は、最終製品が寿命を迎えたあ果はなく、廃棄物（燃焼灰等）の処分が必要となる。と、スクラップとして回収され（⑤）、再び新たな鉄鋼製品② cascade recycling（open-loop recycling）の原料として再利用される。スクラップは新たに投入さかわらず、性質の劣化・変化を伴う有限のリサイクル手負荷削減効果をもたらす（⑥）。再び新たな鉄鋼製品とし法。バージン材料製造のための資源代替効果はなく、て生まれ変わった鉄鋼材料は第二のライフサイクルに入最終的にはリサイクルによる品質低下により廃棄されるこる（⑦）。そして再びスクラップとして回収され（⑧）、そのととなる。

後も同じライフサイクルが無限に繰り返されることになる③ closed-loop recycling（無限のclosed-loop recycling）。

シリーズ連載れる天然資源を代替し消費エネルギーの削減及び環境2

総説

同じ材料へのリサイクル、他材料へのリサイクルにか特集

廃棄物の焼却に伴う熱によって電力や蒸気を回収す材料の持つ本来性質を損なうことがない形で同じ材料製品の原料としてリサイクルされる手法。リサイクルによる本来性質の変化がないため、無限にリサイクルが可

3．持続可能な材料リサイクルを可能とする要件

かは、社会的・経済的な条件に加え、それぞれの材して、closed-loop recyclingは可逆的なマテリアルサイ料が本質的に有している特性に左右される。下記に持クルであり、新たに投入される天然資源消費量の削減続可能な材料リサイクルのための条件を示す。
（1）
～
（3）

や、それに伴う環境負荷物質排出量の低減、廃棄物は、どのようなリサイクルシステムにおいても必要な条件の削減が図られることから、open-loop recyclingよりもで あ る が、（4）、（5）の 要 件 は、 特 にclosed-loop持続可能性（サステナビリティ―）の点で優れる。

recyclingのための要件である。

2．鉄鋼製品のライフサイクルとリサイクル

リサイクル特性を反映した鉄鋼材料の最終製品 EoL 後の材料がどのようにリサイクルされるrecycling）が不可逆的なマテリアルサイクルであることに対環境情報能となる。open-loop recycling（thermal recycling、cascade（1）分別が簡単にできることほとんどすべての工業製品は単一の材料で構成され鉄鋼製品のライフサイクルの概要を図 2に示す。まずていることはない。材料のリサイクルのためには、他材天然資源である鉄鉱石（①）を還元・精錬し、圧延・熱料と簡単に分別できなければならない。鉄鋼材料は磁処理・表面処理等多くのプロセスを経て、様々な特性、性を持ち、磁力選別によって容易に他素材と分別が可形状を持った鉄鋼製品が製造される（②）。出荷された能であり、シュレッダーダストやその焼却灰などに含まれ鉄鋼製品は自動車や家電製品などの耐久消費財、ビる微小な鉄片でさえも回収することができる。

LCA

図 2 ／鉄鋼製品のライフサイクルとリサイクル059

総説
特別寄稿①

（2）再生利用のための負荷が低いこと（4）多様な製品に再生可能であること

材料の再生利用によるエネルギー消費や環境負荷が同じ材料であっても、用途によって様々な製品が存在天然資源からの製造の場合よりも大きくなってしまっては、する。同一用途の製品にしかリサイクルできない場合、本来のリサイクルの目的に反することになる。鉄スクラッ

製品の需給バランスによって原料や製品に過不足が生プは転炉や電炉で溶解するだけで新たな鉄鋼材料に再じたり、生産と需要のタイミングにずれが生じるなどの非生することができるため、天然資源から還元工程等を効率なリサイクルとなる。このため、材料を効率よくリサ経て鉄鋼製品をつくる場合に比べて、スクラップリサイクイクルするためには、様々な製品に再生できるフレキシビ

ルによるエネルギー消費や環境負荷は圧倒的に少ない。

リティーが必要である。鉄鋼材料の中で最も大量に利用される普通鋼の多様な特性は、生産工程における温度（3）経済合理性がありリサイクルシステムが整備されて制御・加工（圧延等）制御でつくり込まれる組織によって現出される。スクラップは溶融されることによって組織が完いること経済合理性を伴わなければ、持続可能なリサイクルシステムは実現できない。鉄鋼スクラップはほとんどの国全にリセットされ、新たなニーズに応じた多様な鉄鋼製品に再生が可能となる。

や地域でリサイクルに関する社会システムが整備されており、スクラップの回収も、原料としての利用も、経済（5）
リサイクルによる材料品質劣化が生じにくいこと合理性の中で行われている。しかしそのような国際的にリサイクルによって材料の品質劣化が生じてしまえば、強固なリサイクルシステムが整備されている素材は少なく、無限のclosed-loop recyclingは実現できない。再生材

鉄鋼に次ぐ重要な汎用金属材料であるアルミニウムにおの品質劣化は不純物の混入に起因するが、材料によっいてさえ、日本アルミニウム協会の調査 1）によると「国内て、不純物が入ってもその製造プロセスの中で容易にで展伸材スクラップから展伸材へのリサイクルシステムが分離ができるものとそうではないものとがある。図 3に平完成しているのはアルミ缶などごく一部であり」
また「市中木らによる代表的な金属元素のエレメントレーダーチャー

スクラップのリサイクルシステムとしては、サッシ、自動車、 ト2）を示す。図中のGas phaseの領域に示された元素
印刷版のリサイクルは経済的に成立する可能性があるは気化によって除去が可能であり、Slag phaseの領域が、市況の変化により不安定な要素がある」としている。に示された元素は精錬プロセスの中で酸化物（スラグ）とし

図 3 ／エレメントレーダーチャート（平木らによる）

060

環境管理│ 2016 年 9月号│ Vol.52

No. 9

特集
1て除去することができる。

いては、スクラップ品質に関する規格 4）の整備、老廃ス
クラップ回収時のトランプエレメント除去に関する研究やあるいは酸化物として除去することができるが、その他仕組みの構築 5）が進められるなど、鉄鋼材料のリサイクの金属の場合、多くの元素が分離不可能なまま溶融金ルシステム維持のための取組が鋭意行われている。

特集

鉄の場合、多くの元素は精錬の過程でガス化したり、2（水に溶けたインクのような状態）属中の不純物となり、再生材の品質を劣化させることが読み取れる。平木らは「一般的な不純物除去法である酸化や揮発では、軽金属リサ4．鉄鋼材料のリサイクル率

つ最終製品に利用されるため、すべての鉄鋼材料のリは濃化し、リサイクルにおけるコストや環境負荷の増加サイクル率を計測するのは困難である。その中で、ライを招く。軽金属リサイクルが持続的に確立されるため、フタイムが比較的短い容器と、法律によって数量が管理リサイクル技術のさらなる発展はもちろん、市中スクラッされている自動車については、比較的正確なリサイクルプの組成を重視した選別技術の構築や、社会システム率を計測、推計することができる。

におけるスクラップ管理が重要」と指摘している。今後、表 1に容器材質別のリサイクル率を示す。工業会に自動車など様々な製品分野においてマルチマテリアル化

よって定義の違いはあるが、スチール缶は他素材に比が進むものと考えられるが、サステナビリティーと両立しべ高いリサイクル率を示していることがわかる。

サイクルシステムの構築が必要である。

表 2に、国内解体対象台数と自動車リサイクル法（自リ環境情報ていくには、鉄鋼以外の素材についても信頼のおけるリシリーズ連載

鉄鋼材料は自動車やビルなど、様々なライフタイムをもにある。そのためリサイクルが繰り返されるほど不純物総説

イクルにおいてほとんどの不純物が除去不可能な傾向法）処理台数との比率から計算される「自動車に使用された鉄鋼材料の見掛リサイクル率」を示す。鉄鋼材料が、世界の鉄鋼需要が老廃スクラップの発生量よりはるは、自動車リサイクル処理プロセスの中でスクラップとしかに大きく、天然資源ルートの原料供給が過半を占めててほぼ全量が回収されるため、台数ベースでのリサイクいる現状において、マクロ的にはリサイクルを困難にすル率推計が可能と考えられる。なお、国内解体対象台るような大きな問題とはなっていない。

数と自リ法処理台数との乖離分（f－g）は、量的に観て統しかし将来、社会蓄積から発生するスクラップの鉄鋼計上の誤差や廃車後の放置などに加え、パーツとして原料に占める割合が拡大する局面に備えて、トランプエ

国内外で再利用されたもので統計補足されていないもレメントの各種鋼材特性に与える影響やその無害化技のなどが多く含まれていると推定され、実際のリサイクル術に関する研究 が進められている。また我が国にお率はさらに高いものになると推認される。

3）

リサイクル特性を反映した鉄鋼材料の鉄鋼材料にも除去困難な元素（トランプエレメント）がある

L
CA

表 1 ／容器材質別のリサイクル率（各工業会調べ）
素材

スチール缶
ガラス瓶
PETボトル％

92. 0（2014FY）

67. 3（2013FY）

85. 8（2013FY）

紙製容器包装（2013FY）

プラスチック
容器包装（2013FY）

アルミ缶
紙パック

段ボール

23. 5
44. 4
87. 4（2014FY）

44. 6（2013FY）

99. 4（2013FY）

算出方法

国内スチール缶回収・再資源化重量 /スチール缶消費重量（スチール缶 = 飲料缶＋食料缶＋一般缶＋18リットル缶の一部）

再商品化量 / 国内消費量
リサイクル量（国内＋海外再資源化量）/ 国内 PETボトル販売量
紙製容器包装の回収量実績 / 家庭から排出される紙容器包装総量
再商品化量＋自主回収量 / 排出見込量
再生利用重量 /アルミ缶消費重量（アルミ缶 = 飲料缶）
国内紙パック回収量 / 飲料用紙パック原紙使用量（損紙、古紙含む）（段ボール原紙消費量 /段ボール古紙（製紙受入量 +［輸出量−輸入量］）
×
製紙メーカーの段ボール原紙出荷量×0. 988）/（段ボール工場の段ボール原紙消費量＋輸出入製品に付随する段ボールの入超量）

061

総説
特別寄稿①

表 2 ／自動車に使用された鉄鋼材料の見掛リサイクル率

前年末保有台数
当年新車販売ab

当年末保有台数
廃車台数c

d=a+b−c

単位：1,000 台

2010 年

2011 年

2012 年2013 年

2014 年2015 年

75,32475,36275,51376,126

76,61977,188

4,956

4,210

5,370

5,376

5,563

5,047

75,36275,51376,126

76,61977,18877,404

4,919

4,059

4,757

4,882

4,993

4,831

866

846

988

1,107

1,245

1,245

中古車輸出 e
国内解体対象

f=d−e

4,053

3,214

3,769

3,775

3,749

3,586

自リ法処理台数g

3,926

2,8723,405

3,365

3,399

3,206

127342364

410

350

38097％

89％

90％

89％

91％

89％

乖離

f-g

見掛リサイクル率g/f（出典：日本自動車工業会、自動車リサイクル促進センター、財務省貿易統計より作成）

5．closed-loop recyclingを反映した鉄鋼製品の LCAする
ここで同方法論に基づく簡単なLCI＊3 試算例を示す。

材料のLCAを考えるとき、その原料採掘から製品製スクラップは転炉においても電炉においても使用され、造に係る環境負荷や資源消費に加え、最終製品 EoLほぼ同じ環境負荷低減効果があるが、ここでは簡単化

後の材料のリサイクル効果を正しく評価することは極め（以下 BOF＊4のために高炉転炉法を100% 天然資源ルートて重要である。

ルートという）（EAF＊5 ルートと、電炉法を100%スクラップルート

スクラップは転炉においても電炉においても原料としていう）とする。

利用されるが、すでに還元されているため、天然資源BOFルートでの鉄鋼生産 1tあたりのCradle to Gateの有効利用に加え、還元工程省略に伴うエネルギー消（CtG）の環境負荷を100、EAFルートでは25と仮定し、費量の削減や環境負荷の低減効果を得ることができる。

さらに電炉での歩留を0. 9とすると、すなわちスクラップは環境価値を有していることになる。
しかもスクラップは廃棄物とは異なり余すことなく有価の資源として世界中で流通していることから、鉄鋼材料のLCAにおいて、スクラップの環境価値を適正に評価する必要がある。

1tのスクラップの環境価値＝（100－25）
×0. 9＝67. 5となる。
このため、EAFルートでの鉄鋼生産 1tに対してのス

worldsteel では、鉄鋼材料について、最終製品クラップ利用に伴う負荷（Burden for scrap use）は、1tあた

EoL 後のリサイクルを反映した鉄鋼製品のLCA 方法論

り67. 5の環境価値を持つスクラップを歩留（0. 9）で割増しを開発した 。同方法論の大きな特徴は次の通りである。

た分使用するので、＊26）

・高 炉法・電炉法を一つの鋼材循環システムとして評価
・スクラップは、その利用によって削減される天然資源、環境負荷低減効果等を反映した「環境価値」を持つ
・鉄鋼製品製造にあたってスクラップを使用する場合には、スクラップの環境価値にスクラップ使用量を乗じたものを、スクラップ使用に伴う環境負荷として鉄鋼製品のLCAに反映する062

値にリサイクル率を乗じて鉄鋼製品のLCAに反映

Burden for scrap use＝67. 5 ／ 0. 9＝75となる。
また、スクラップ回収率を0. 9とした場合、生産した鉄鋼製品が将来のスクラップとして回収されることに伴うク（Credit for scrap recovery）
レジット
は、

Credit for scrap recovery＝－67. 5×0. 9＝－60. 75となる。

・最終製品の寿命到達後に生じる鉄鋼材料のリサイ

図 4に以上の計算結果を図示するが、本方法論を用クルに伴う便益を評価するため、スクラップ環境価

いると、Cradle to Gate 負荷とBurden for scrap use

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特集
1

図 4 ／ worldsteel LCA 方法論による試算例

特集
2

総説
シリーズ連載並びにCredit for scrap recoveryを合計した鉄鋼製
39. 25で、同じ値となることがわかる。
worldsteelでは、5 年ごとに同方法論に基づく鉄鋼製品のLCIデータの収集を行っておいる。直近の2015

3） 例えば、J. P. Birat et al., Effects of tramp elements in flat andlong products, European Commission、1995
4） JIS-G2401、鉄くず分類基準

環境情報

品 1tあたりのTotal LCIは、BOFルートもEAFルートも

2） 平木岳人 et al.、第 23 回廃棄物資源循環学会研究発表会、2012

5） 経済産業省、自動車リサイクルに係る処理技術等の調査
6） World Steel Association, Life Cycle Assessment Methodology
Report, 2011

リサイクル特性を反映した鉄鋼材料の年度データ収集には、世界 42 事業者の105 事業所が参加を表明し、内日本からは16 事業者、26 事業所が参加している。

6．結言
本稿では、鉄鋼材料のリサイクルの特徴を踏まえたLCA 手法（worldsteel LCA 方法論）を紹介したが、自動車や家電製品などの最終製品についても、それが使用さLC
Aれている間の負荷（例えば自動車の燃費）だけではなく、その製品の製造段階や、製品寿命到達後の最終処分やリサイクルを含めたライフサイクル全体での資源・エネル
ギー消費やそれに伴う環境負荷を考えることが重要であることは論をまたない。特に水素など新しいエネルギーキャリアの登場や、再生可能エネルギー導入拡大など、消費するエネルギーのLCIの大きな変化の可能性を考え併せると、Life Cycle Thinkingの重要性は一層高まるものと考えられる。
＊1＊2
＊3
＊4

Life Cycle Assessment
World Steel Association（https://www.worldsteel.org/）：150以上の世界の主要鉄鋼メーカーで構成される組織
Life Cycle Inventory
Basic Oxygen Furnace＊5Electric Arc Furnace【参考文献】
1） 日本アルミニウム協会、3Rシステム化可能性調査事業－アルミニウム
展伸材スクラップから展伸材へのリサイクルの可能性調査事業－、
2007063