E-waste 金属資源のリサイクル政策の動学的評価
筑波大学生命環境科学研究科

李楊

筑波大学生命環境科学研究科

王珊珊

筑波大学生命環境科学研究科

相楠

筑波大学生命環境科学研究科

徐峰

筑波大学生命環境科学研究科

Helmut YABAR

筑波大学生命環境科学研究科

氷鉋揚四郎

1．社会経済環境モデル
1.1 モデルの概要
経済発展を続ける中国は，資源の寡占化を行う資源メジャーにより，枯渇性資源の需給環境において大きな影響を受けている。金属資源の安定供給を確保するために，資源の循環利用を促進することは必要不可欠である。
廃テレビや廃冷蔵庫・廃パソコン・廃エアコン・廃携帯電話・廃洗濯機などの E-waste には，鉄や銅をはじめ，多くの貴金属やレアメタルが含まれており，こうした金属が効率よく回収できれば，天然鉱山と同じくらい有望な資源の供給源となり得る。本研究で構築した社会経済モデルは，物質収支と価値循環を考慮した投入産出双対モデルを基本とし，民間消費部門の排出する E-waste を処理する新しい産業を加えるとともに，バージン金属とE-waste による再生金属の代替関係フロー，各部門からの二酸化炭素排出，そして環境税などの経済政策を新たに考慮した循環型社会経済モデルである。本モデルを使用することにより，バージン金属と再生金属の最適な代替率を決定することが可能になる。今回シミュレーションの期間は 2008 年-2020 年の 13 期を対象とした。
モデル内には経済主体として通常財の生産活動を行う 7 つの通常財部門，1 つの電気電子製品生産部門，8 つの金属生産部門，新たに設定する E-waste 処理部門，さらに最終需要部門として家計と政府が存在する。各主体間の物質フローを図 1 に示す。E-waste は最終需要部門の民間消費から排出され，二酸化炭素は各部門の生産活動および最終需要部門の消費活動に伴い排出されると仮定する。本モデルでは E-waste 処理産業が再生金属を供給するためバージン金属の使用量が減尐することが期待される。また，バージン金属から再生金属への代替率の増加に伴い，排出される二酸化炭素の量も削減されると考えられる。

CO2 排出

輸出入

最終需要産業
政府
民間

電気電子製品

回収

金属業
通常財産業

バージン再生金属

金属

廃金属

未回収E-waste

最終処理業

廃棄採掘量減尐

金属鉱石採掘財・サービスの流れ

部門

消費生産業

輸出入
CO2 排出E-waste の流れ

環境税の流れ

図 1：モデルにおける各経済主体間の関連図

想定する環境税には二酸化炭素排出税と E-waste のリサイクル税が含まれる。汚染者負担原則（PPP）によって，二酸化炭素排出税は排出部門と民間消費者に按分され負担する。拡大生産者責任（EPR）によって，E-waste のリ

サイクル税の負担者は電気電子製品生産企業と民間消費者である。電気電子製品生産企業には生産額あたりの従価税によって課税し，民間消費部門には排出する E-waste 品目別 1 台あたりの従量税によって課税する。排出税とリサイクル税の総和，即ち環境税は全て E-waste 処理産業の運営に充てられることとした。
以上のように二酸化炭素排出量および E-waste 最終廃棄量を制約条件とし，目的関数である GDP を最大化するための環境税と補助金の配分，E-waste の回収処理率，各産業の生産額を求めることができる。シミュレーションの実行には，米 LINDOSystems 社の線形計画用ソフト LINGO を使用した。

1.2 モデルの詳細
表 1：記号の表現意味
記表現意味

記1234mg
内外通常財
電子業
バージン金属E-waste
金属総体
政府
内生変数
外生変数ij操シミュレーションで用いた数式等で使用した記号の表現意味
1=携帯
3=洗濯機
5=テレビ
1=鉄
3=アルミ
5=亜鉛
7=錫
操作変数

2=パソコン
4=エアコン
6=冷蔵庫
2=銅
4=鉛
6=ニッケル8=その他金属

意味を表 1 に示す。また数式においてバーがついたものは通常は内生変数であるが本モデルでは外生値として与えていることを強調したものである。チルダがついたものはもとのベクトルを対角行列化したものである。

1.2.1 通常財部門のフロー条件
下記の式は左辺の供給と右辺の需要との財ごとのバランスを表している。各通常財は需要額以上の生産を行うこととする。投入係数は中国 2007 年産業連関表の投入額を「国内生産額」で割ることにより求めた。
X 1 t   A11 X 1 t   A12 X 2 t   A13 X 3 t   A14 X 4 t   C1 t   G1  Q11K 1 t  （1）Q12 K 2 t   Q13 K 3 t   Q14 K 4 t   Q1g K g t   E1 t   M 1 t   TZ 1

X t ：生産アクティビティ
C t ：民間消費Q
TZA：投入係数

行列（外）

（内）

G：政府消費列ベクトル

（外）

（外）

∆k t ：資本形成列ベクトル

（内）

（内）

M t ：輸入列ベクトル：資本形成係数E t ：輸出列ベクトル （内）行列列ベクトル：調整項列ベクトル

列ベクトル（内）（外）

1.2.2 電気電子製品生産業のフロー条件
X 2 t   A21 X 1 t   A22 X 2 t   A23 X 3 t   A24 X 4 t   C 2 t   G2  E 2 t   M 2 t   TZ 2（2）1.2.3 金属生産部門のフロー条件
ここでは金属を同じ種類の再生金属で代替が起きると仮定して，種類ごとの関係が成立するとしている。論文に述べた代替率は E-waste 処理由来の再生金属の量とバージン金属の生産量の比率である。即ち，再生金属が使用される時に節約されるバージン金属の割合を表す。金属総体の種類が列を形成しており，左側におけるそれぞれの種類に含まれるバージン金属と E-waste 処理産業による再生金属の総和が右側の金属需要を満たす。式 3・4 は元価値単位で金属の生産量を表している。生産額あたりの金属生産量が一致していると仮定する。
~X m t   X 3 t   X 4j t T TTP j t （3）X m t   Am1 X 1 t   Am 2 X 2 t   Am3 X 3 t   Am 4 X 4 t   E m t   M m t   TZ m（4）TTP j t ：E-waste からの再生金属ごとの単位収入

行ベクトル

（内）

1.2.4E-waste 処理部門のフロー条件
民間消費により排出された E-waste は一部が回収されるものとする。ここでは，回収された E-waste は全部処理されると仮定して，「回収量」と「処理量」は等しいと設定した。未回収の廃製品と処理残渣は最終廃棄物と定義され，埋立処分する。E-waste の排出係数は 2007 年 6 品目の実際排出量と対応製品の生産額の比であり，外生変数として固定する。本来 E-waste 排出量は製品使用寿命・消費量・人口変化などの諸要因と関係があるが，簡単化のため，本研究では考慮していない。
EWTci t   Aet i  C2 t ~EHTci t   Ahc i t   WETci t Aeti ：E-waste 排出係数

Wcewaste t   AeT EWTci t （6）（7）

Rcewaste t   Ae EHT t （8）Tic（9）

W t   Wc ewaste t   X 4 t   SS  X 4 t 行ベクトル （内）EHTci (t)：E-waste 回収台数

X 4 t   Rcewaste t EWTci (t)：E-waste 排出台数

（5）

行ベクトル

行ベクトル

Ae ：E-waste1 台当たりの内訳

（外）

（内）

行列（外）

行ベクトル

（内）

列ベクトル （外）Ahc i (t)：E-waste 回収率

Wc−ewaste (t)：排出量の内訳

列ベクトル （内）W t ：E-waste 最終廃棄量

R c−ewaste (t)：処理量の内訳

列ベクトル （内）SS ：最終廃棄の排出係数

（10）

列ベクトル

（内）

1.2.5 通常財部門の価値バランス
左側は生産物の販売による収入，右側はコストを表している。各産業の収入総額が財生産にかかるコストにリサイクル税を加えた支出総額を上回らないものとする。価格率は第 1 期を 1 とした相対価格となる。
~~~~~~~~
P1 t X 1 t   P1 t A11 X 1 t   P2 t A21 X 1 t   Pm t Am1 X 1 t   Yh1 t   1 X 1 t    1 X 1 t   Tkk  A1GHG X 1 t   Tkk  AcGHG  C1 t P t ：価格率（内）

Yh t ：所得δ ：減価償却率 行ベクトル（外）

τTkk：二酸化炭素の排出税率

（操）

行ベクトル

行ベクトル：間接税率（11）（内）

行ベクトル

（外）

1.2.6 電気電子製品生産業の価値バランス

1   P t X~ t   P t A X~ t   P t A X~ t   P t A X~ t   Y t    X~ t    X~ t   Tkk  Ari
22211222222

τri2 ：企業の負担するリサイクル税税率

mm2

（操）

2h222222 GHG~X 2 t    cri T EWTci t τric ：消費者の負担するサイクル料金

（12）
（操）

1.2.7 バージン金属生産業の価値バランス~~~~~~~
P3 t X 3 t   P1 t A13 X 3 t   P2 t A23 X 3 t   Pm t Am3 X 3 t   Yh3 t    3 X 3 t    3 X 3 t   Tkk  A3GHG X 3 t （13）1.2.8E-waste 処理部門の価値バランス
E-waste 処理活動の価格が環境税によって決定される。E-waste 処理業の価値バランスは，処理の運営費（収入総額と等しい）が処理費用と二酸化炭素排出税を加えた支出総額を上回らないものとする。
~~~~~~~~
TTP t X 4 t   P1 t A14 X 4 t   P2 t A24 X 4 t   Pm t Am 4 X 4 t   TTP t   SS  X 4 t   Yh 4 t    4 X 4 t    4 X 4 t   Tkk  A4GHG X 4 t  （14）1.2.9 税制
環境税の総額は E-waste 処理業の運営費に等しい。政府部門の収入は所得に対する直接税と産業に対する間接税からなる。直接税は所得に直接税率を乗じたものである。支出は政府部門の消費・貯蓄である。
RI t    2ri  P2 t X 2 t    cri T EWTci t   Tkk WGHG t （15）TTP t   X 4 t   RI t （16）TZE t    d l tYh1 t  l tYh 2 t  l tYh3 t  l tYh 4 t   1 X 1 t    2 X 2 t    3 X 3 t    4 X 4 t   RI t （17）TZE t   G1  G2  S g t   TTP t X 4 t （18）

RI t ：環境税
τd ：直接税率

スカラー
スカラー

（内）

TZE t ：政府総税収入（外）

Sgt ：政府部門貯蓄スカラー
スカラー

（内）
（内）

1.2.10 貯蓄投資バランス

l  1 K1t   l   2 K2 t   l  3 K3 t   l   4 K4 t   l   g K g t   E1t   M1t l  E2 t   M 2 t  Em t   M m t l  S p t   S g t （19）1.2.11 民間消費Yd t   1   d l tYh1 t  l tYh 2 t  l tYh3 t  l tYh 4 t （20）~P1 t C1 t   Yd t 1（21）P2 t C 2 t   Yd t  2（22）S t   Yd t （23）l  1 l  2    1（24）tt

Yd t ：可処分所得 スカラー
α2 ：電子業に対するシェア
βスカラー：貯蓄率 スカラーp（内）α1 ：通常財に対するシェア（外）

Spt ：民間貯蓄

行ベクトル （外）

スカラー

（内）

（外）

1.2.12 資本と生産および動学方程式

X t   K t （25）~K t  1  l   K t  tK t  t  10

（26）

1.2.13 二酸化炭素の排出量制約
2009 年，中国政府は 2020 年までの二酸化炭素の排出削減をめぐる行動目標を発表し，GDP1 万元あたり（単位GDP）の二酸化炭素排出量を 2005 年比で 40％から 45％削減すると発表した。2005 年中国の単位 GDP の二酸化炭素排出量は 3.05405t-CO2/万元であると推計した。この値の 40%から 45%削減すると，単位 GDP の二酸化炭素排出量は 1.67973-1.83243t-CO2/万元の間である。しかし，この原単位が小さくなったとしても，二酸化炭素の総排出量が減尐するとは限らない。二酸化炭素総排出量を増加させないため，本研究では 13 期の二酸化炭素排出量を 2005年より尐ないものと設定した。

WGHG t   A1GHG X 1 t   A2GHG X 2 t   A3GHG X 3 t   A4GHG X 4 t   AcGHG  C1 t （27）'t WGHG t   WGHG

WGHG t ：総排出量（28）スカラー

AGHG ：二酸化炭素の排出係数行ベクトル（内）′WGHG
t ：2005 年 CO2 排出量スカラー

（外）

（外）

1.2.14 目的関数

Max GDP t   V1 X 1 t   V2 X 2 t   V3 X 3 t   V4 X 4 t V ：付加価値率 行ベクトル

（29）

（外）

1.3 シミュレーションケースの設定
Case0 は Basic Case（基準ケース）である。即ち E-waste 処理産業は存在せず，環境税も導入しない。二酸化炭
素排出量を制約条件とし，中国経済の動向を分析する。Case1-6 は，E-waste 処理産業の存在を想定し，環境税の全てまたは一部を導入する Case である。即ち環境税の三つの税率を外生変数とし，最大化された GDP の値を感度分析を通してどのような組合せが最適であるかを求めることができる。さらに，最適な環境税の下，E-waste の回収率とバージン金属との代替関係も明らかにする。
2．シミュレーション結果
2.1 基準ケース

初めに， E-waste 処理産業は存在せず，環境税も導CO2/GDP入せず，二酸化炭素排出量のみを制約条件とし，20084.0

年からの 13 期の中国経済動向を予測した。13 期の二3.5

酸化炭素排出量を 2005 年の実績値より低いと設定し2005

た場合，13 期の GDP の平均成長率は 1.02%である。

3.0

単位 GDP の二酸化炭素排出量（図 2：Basic Case）は2.5
2008

2009

2008 年-2010 年の実績値と比較すれば，低減効果が顕

20102.0

著である。13 期の単位 GDP の二酸化炭素排出量はほぼ目標範囲にある。図 2 の Objective Case は 2020 年ま1.505年 12345678910111213実績値

Basic Case（推計値） 期

Objective Case（推計値）

削減40%での二酸化炭素の排出削減行動目標に対応し，第 13期（2020 年）の単位 GDP 二酸化炭素排出量を 2005 年

削減45%

比で 40％から 45％削減する，即ち単位 GDP の二酸化

図 2：単位 GDP の二酸化炭素排出量変化

炭素排出量は 1.67973-1.83243t-CO2/万元の間であることを制約条件として，シミュレーションを行った結果である。GDP の成長に伴い，単位 GDP の二酸化炭素排出量は第 8 期にピークに達し，2020 年まで二酸化炭素の排出量は 2005 年の 2.41 倍であるという結果が得られた。中国のような排出大国に対し，単位 GDP あたりの二酸化炭素排出量を二酸化炭素排出削減の目標指標とすることは合理性に欠ける。二酸化炭素総排出量を増加させないため，以下のケースでは二酸化炭素排出量を 2005 年より尐ないものと設定した。
2.2 E-waste 処理と環境税導入の影響
Case1 から Case6 についてシミュレーションを行った。日本では民間消費者の負担するリサイクル料金は，価格に対して品目に応じてそれぞれ廃携帯電話平均 2%・廃パソコン 2%・廃洗濯機 3%・廃エアコン 2%・廃テレビ 3%・廃冷蔵庫 3%を占める。この比率に基づき，中国の民間消費者に徴税する E-waste 回収処理料金は廃携帯電話 20-40元/台・廃パソコン 100-120 元/台・廃洗濯機 100-120 元/台・廃エアコン 100-120 元/台・廃テレビ 90-110 元/台・廃冷蔵庫 90-110 元/台を超えないと設定した。
Case1：電気電子製品生産企業のみ課税する場合，税率は生産額の 0%から 50%までシミュレーションを行ったが，結果が得られなかった。Case2：民間消費者のみ課税する場合，シミュレーションの結果が得られない。Case3：
二酸化炭素排出税のみ課税する場合，60 元/t-CO2 から結果が得られ，その金額以下では結果が得られない。
Case4-Case6：各税率の組合せによってシミュレーションを行った。その結果，Case6 の場合に 13 期トータルの GDPが最大になるという結果が得られたので，以下 Case6 について詳細に述べる。
Case6 においては三つの税率を変化させ GDP への影

百万元
5.50E+08

響を調べた。電気電子製品生産企業には生産額あたりの 0%-15%，民間消費者には品目ごとの変動回収処理

5.00E+08

料金，二酸化炭素排出者には 60-100 元/t-CO2 の排出税

4.50E+08をパラメータとして与えシミュレーションを行った。

4.00E+08

その結果，民間消費者に廃携帯電話 30 元/台・廃パソ

3.50E+08

コン 110 元/台・廃洗濯機 110 元/台・廃エアコン 110
3.00E+08

BasicBest

Case6(68.8)

Case6(69)

Case6(-0.1)

Case6 Case6 Case6 Case(+0.1) (3.99%) (4.01%)

図 3：環境税導入した時の GDP 総額（推計値）

元/台・廃テレビ 100 元/台・廃冷蔵庫 100 元/台を課税する時，電気電子製品生産企業に生産額の 4%，二酸化炭素排出部門に 68.9 元/t-CO2 の二酸化炭素排出税を課するという組合せ（図 3：Best Case）で 13 期トータルの最大化された GDP の最大値が得られた。ここで GDPの平均増加率は 1.07%である。しかし，この数値は中国政府による GDP 平均増加率「8%維持」と言う目標と比べると，大きく下回る。そのため，環境負荷を考慮しながら，新しい E-waste 処理技術を導入する限りである。これも著者の今後研究予定である。次に Best Case について感度分析を行った。感度係数は各比較ケースの GDP を Best
Case による GDP で割る。電気電子生産企業に課税する税率の変化は GDP との関係が最も緊密である。生産額の4%を課税する場合と比べて，0.01%増加させると，GDP は 0.0366951 低下し，0.01%減尐させれば，GDP は 0.0226796低下し，他の感度係数より大きい。
2.3 最適な環境税による金属代替関係
経済発展を続ける中国は金属資源の安定供給を確保するために，資源の循環利用を促進することは必要不可欠である。E-waste には鉄や銅などの 8 種類の有価金属と無価値の廃棄物が含まれる。金属の部分はバージン金属部
門の 8 種類金属と代替が進展すると思われ，その一方で，ガラスやゴムのような金属以外の素材は無価値の最終廃棄物とした。推計した回収処理率に基づき，13 期トータル回収金属量はそれぞれ鉄 1,371 万トン・銅 337 万ト
ン・アルミ 197 万トン・鉛 2 万トン・亜鉛 16 万トン・ニッケル 2 万トン・錫 7 万トン・その他金属 0.16 万トンに達する。処理過程で排出される二酸化炭素が尐く，また需要量が多いなどの要因により，錫と銅の代替効果は最も顕著であり，13 期平均代替率はそれぞれ 30.90%と 29.25%に達する。その他の資源についてもアルミ 16.30%・ニッケル 12.24%・亜鉛 4.50%・鉄 2.67%・鉛 0.68%とその他金属 0.19%という結果が得られた。
3．結論
本研究では，二酸化炭素排出に起因する環境負荷を軽減するという制約条件の下，E-waste から有価金属を効率よく回収するための社会経済モデルを構築することを目的としている。環境税を導入した分析によって，電気電子製品生産者には生産額の 4%の従価税率，消費者には製品に応じた従量税（廃携帯電話 30 元/台・廃パソコン 110元/台・廃洗濯機 110 元/台・廃エアコン 110 元/台・廃テレビ 100 元/台・廃冷蔵庫 100 元/台）と 68.9 元/t-CO2 の二酸化炭素排出税を徴税する場合，13 期トータルの最大化された GDP の最大値が得られることを明らかにした。最適化環境税を導入した場合，二酸化炭素排出量と E-waste 最終廃棄量を制約条件として，バージン金属と E-waste処理由来の再生金属の代替率において，鉄・鉛・その他金属の代替効果は大きくなく，全て 2%以下である。その一方で，銅と錫の代替効果は最も大きく，13 期平均代替率はそれぞれ 30.90%と 29.25%に達し，天然鉱山をある程度補うものと判断される。
文
1)

献
Fullerton, D. and T.C. Kinnaman (1995) Garbage, Recycling, and Illicit Burning or Dumping. Journal of EnvironmentalEconomics and Management, 29, 78-91.

2)

氷鉋揚四郎（1995）環境質プログラミングモデルによる環境付加価値税の導出.地域学研究, 26（1）,181-187.

3)

水野谷剛・氷鉋揚四郎（1999）日本における大気汚染物質削減と最適税政策.日本地域学会第 36 回年次大会論稿集, 375-382.

4)

氷鉋揚四郎（2000）最適環境付加価値税動学シミュレーション.平成 9 年度-平成 11 年度科学研究費補助金研
究成果報告書課題番号 09303001.

5)

宮田譲（2004）廃棄物を考慮した小地域の応用一般均衡分析.地域学研究,34（1）, 481-508.

6)

吉田文和（2008）中国の循環経済:再生金属産業と家電リサイクルを中心に. 環境経済・政策研究, 1(2), 14-25.

7)

内田晋・氷鉋揚四郎（2010）習熟－環境評価サイクルを考慮した住宅用太陽光発電の普及促進政策の総合評
価. 地域学研究, 40(2), 277-292.

8)

寺園淳（2010）循環資源の越境移動の実態と中古家電・金属スクラップの事例にみる適正管理方策. 新世代法
政策学研究, 9, 77-104.