Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
### 1. はじめに

循環資源・資源生産性の向上による低炭素社会構築を考える上で、温暖化対策と資源需給の交互作用を考えることは非常に重要である。つまり、温暖化対策技術が資源制約を誘発してしまう可能性もあり、またそもそもの資源量等に対する知見が不足しているがゆえに優れた技術を導入できない可能性もある。こうした議論の中では、昨今低炭素化技術に関連するクリティカルメタルが注目を沿びているところであるが、個々の技術が誘発する個別金属の需要予測などは散見されるが、正しい意味で需給全体を予測しようとする試みは余り多くない。

また、先進国に於いては、再生可能エネルギーや、高効率発電などの新規技術の導入とそれに関連したレアメタルなどの希少資源の制約ばかりに注目が集まるところであるが、社会全体がより電化することで、銅に代表されるベースメタルの需給が逼迫する可能性がある。資源量が豊富であるがゆえに、枯渇などの議論をする必要は余り強くないが、資源開発現場での環境負荷が増加する可能性などがある。よって天然資源開発の現場での環境影響の今後を予測しておくことは、今後の持続可能な資源利用の在り方を考える上で極めて重要なものである。

さらに発展途上国の資源利用を考えれば、これからインフラを構築する経済発展段階にある国にとっては、鉱物資源をどのように持続可能に調達していくかは非常に重要なテーマであると言える。しかしながら、必要な統計情報が不足しているなどの理由で余り分析は行われていない。

これらを踏まえ、マテリアルフロー分析によって資源需給のこれまでの姿を定量化、視覚化し、更に必要に応じてシミュレーションモデル等を援用することによって、温暖化に関する制約と資源の制約を同時に考慮した上で、将来の持続可能な資源利用シナリオを提示していくことは非常に重要である。その中で結果的に資源生産性の向上や循環資源のさらなる利用がどのようにこうした持続可能な社会システム全体に寄与していくのかを明らかにすべきであろう。

## 2 ．研究開発目的

前節で述べたような背景を踏まえ、本サブテーマでは以下の3つを主要なテーマとする。1)天然資源開発現場における今後の変化を定性的に予測すると共に、ケーススタディとして実際に起こりうる変化をシミュレーションする。2)温暖化対策に必須とされるクリティカルメタル(特にレアメタルについて)の需給を、マテリアルフロー分析から得られた結果をもとにシステムダイナミクスモデル(以下SDモデル)として描く。開発したモデルを用いて、シナリオ分析を実施する。3)発展途上国の資源利用の今をeconomy-wide Material Flow Analysis(以下ew-MFA)を用いて定量化・視覚化する。以下にその詳細を記す。

1）については、資源開発の現場では既に大きな問題となっている鉱床の大深度化、それに伴い採算ならびに環境影響の拡大を検討する。ここでのケーススタディは銅を想定して行う。まず、現在明らかになっている鉱床別埋蔵量データを用い長期的な供給可能性を検討する。その上で、鉱山の長期生産計画ツールを開発し、これを用いることで実際に鉱床が大深度化した際にどのような変化が起こるのかを定量化する。

2）CIGS太陽電池を題材に、そこに必要になるレアメタルの内、特に需給が心配されるガリウム、インジウムを対象とした分析を行う。ガリウムは主としてアルミナ精錬の、インジウムは亜
鉛製錬の副産物として回収されるため、アルミニウム、ガリウム、亜鉛、鉛、インジウムの5鉱種を統合的に描いた需給モデルを構築する。ここで構築するモデルは物量での計算を主体としたマテリアルフロー予測モデルであり、経済モデルではない。よって必要最低限の意志決定以外はモデルの中には描かないことで、様々なシナリオを簡単に描くことを可能にしている。

3）バングラデシュのew-MFAについては、その特徴を踏まえ、レンガの利用、船舶解体の影響などを念頭に置きつつ行うこととする。

以上を踏まえ、資源需給と温暖化対策の交互作用を明らかにし、これらに整合的な形での今後の持続可能な資源利用の姿を描くことを本サブテーマの目的とする。

## 3 ．研究開発方法

## （1） 資源採掘現場における今後の変化の予測とその定量的な解析のための手法

まず長期的な需給を考えるにあたり、鉱床データをもとに、各鉱床の開発にかかる費用を概算し、コストと供給可能量を組み合わせた総費用曲線を導出する。その結果として、銅価格に対してどのような鉱床が採掘可能になるのかを明らかにする。

その上で、本研究内で開発した、鉱山の長期生産計画モデルを用い、大深度化に伴う操業形態の変化を明らかにする。鉱山における長期生産計画モデルとは、様々な技術的制約条件の下でプロジェクトの現在価値(以下NPV)最大化の問題を解くことで、生産計画を立てるものである。露天掘鉱山の長期生産計画問題は、数理計画分野において大規模かつ非線形性を持つ整数計画問題であるがゆえに、厳密な最適解を求めることが困難であることが知られており、その研究は非常に長きにわたって行われてきたものである。本サブテーマにおいても、4D Network Relaxation法 $ ^{1)} $ を用いることでより最適性の高い解を求めることの出来るツールを開発し、これを用いることで露天掘採鉱法を続けた際の、大深度化の影響を分析した。

また、坑内掘鉱山については、現場に依存して解くべき問題が大きく変わるがゆえに、個別のケーススタディは散見されるがその一般的な研究は余り行われて来なかった。ところが、昨今採掘現場の大深度化に伴い、露天掘からBlock Cavingに代表される大規模坑内掘へと操業形態を移行する必要が生じたため、この操業以降のタイミングの最適化を考える必要が生じている。この研究も始まったばかりであり、非常に単純化された問題を解くような研究が行われているに過ぎない。そこで、本研究では、操業以降のタイミングの最適化ツールを開発し、更にこれを用いて、大規模鉱山が大深度化した際に、どのような変化が起こるのか、更に最適と思われるタイミングで坑内掘へ移行した場合にその変化は更にどのように変わるのかについて合わせて検討を行うこととした。このような研究は他に類を見ないものであり、非常に先進的なものである。
本研究で開発したツールは、対象とする鉱床を3次元のブロックモデルとして描くことからはじめる。その上で、各深さに対して露天掘での最適な採掘計画、及びこれ以深の鉱体対する坑内掘での最適生産計画を導出する。これを全ての深さに対して計算した後、最大のNPVを得た生産計画を最適生産計画として得る。深さをi,生産計画における各時点をtとしたときのアルゴリズムのフローチャートを図(1)-1に、結果のイメージを図(1)-2に示す。(灰色部分を露天掘で採掘した後これ以下の鉱体について、黄色で表される部分を坑内掘で採掘するような生産計画を得ることが出来る。)

この結果得られた生産計画の詳細項目として、総採掘量やその中に占める鉱石量、ズリ量などが得られる。

## （２）温暖化対策技術導入における資源需給の予測モデルの構築

研究目的 2)では温暖化対策技術導入に必要なレアメタルの需要拡大がその他の資源需給に対してもたらす交互作用を検討することを目的とした。具体的には CIGS 太陽電池を検討対象の対策技術とし、そこで必要となるレアメタルとしてインジウムとガリウムを取り上げることとした。この 2 つのレアメタルは、それぞれ主として亜鉛、アルミニウム(正確にはアルミナ精錬)の副産物として回収される。この 2 鉛種の選定の理由としては、インジウムについては恐らく現在の亜鉛の副産物とい

図(1)-1 操業移行最適化計算のアルゴリズム

図(1)-2 最適な移行タイミングのイメージ

図(1)-3 SDモデルの概要

う形については、資源量(埋蔵量)に不安がある一方、ガリウムは埋蔵量の豊富なボーキサイト由来の副産物ゆえにその心配が無いこと。亜鉛製錬は日本国内に存在するため、ここでの問題解決は我が国にとっての選択肢となり得る一方、一次精錬所をほぼ国内に持たない我が国アルミニウム産業にとっては、天然資源由来のガリウム製造は選択肢として成立しないことなど、顕著な違いを持つことがある。この2種のレアメタルがそれぞれ同じ対策技術によって需要が拡大することで、天然資源の需給に対する影響が異なった形で現れ、我が国の取りうる対策が異なることなどが選定の理由である。

そこで、図(1)-3 に示したような形で、インジウムに関連するものとして、亜鉛、鉛、そしてイ
ンジウム、さらにガリウムに関連するものとしてアルミニウムのマテリアルフローを調査し、その生産における依存関係を陽に描いた SD モデルを構築し、将来シミュレーションを実施することとした。ただし、最終需要は各種文献などに基づき外生的に与えることとした。これらについては後に示すこととする。
## （３）バングラデシュにおける ew-MFA

3)の研究テーマについては、アジア最貧国であり、他方でその人口規模からも大きな経済成長が期待されているバングラデシュを事例とし発展途上国の資源循環の現状把握とそこにおけるクリティカルマテリアルの同定を行うことが目的である。バングラデシュのもう1つの重要な側面は、我が国以上に天然鉱物資源に乏しい点にある。これもケーススタディーとして選定した理由の1つである。そのためにew-MFAを実施した。枠組等は次節以降結果と共に示す。ただし、データ収集においてかなりの現地調査等を行っていること、場合によっては得られたデータの質から、あくまで第0次推計のようなものであることは述べておく。また、ここで言うクリティカルマテリアルとは、レアメタルのような希少性が高いと言う意味では全くなく、バングラデシュ経済にとってクリティカルな物質という意味で用いている。

## 4 ．結果及び考察

## （1） 資源採掘現場における今後の変化の予測とその定量的な解析

## 1 ）鉱床別埋蔵量データを用いた長期の供給可能性の検討

ここでは、未開発の鉱床データに対して仮想的な生産計画を与えることで、各鉱床を開発すると仮定した際の金属量あたりの費用を推計、総費用曲線を導出する。ケーススタディの対象は銅である。銅は、ほぼ全ての低炭素化技術に何らかの形で利用されることが考えられ、その意味においては最もクリティカルな金属の1つであると言って問題は無い。そこで、商用データベース、文献調査などを通して、既存鉱山の費用構造についてのデータを収集し、下記の項目を推定した。具体的に推計した費用関連項目は次の8項目である。採掘費(露天掘、坑内掘の別)、選鉱費、SX/EW費、輸送費、TC/RC、初期生産量、初期投資額。最初の5項目については、概ね生産量に対して線形の関係を得た。TC/RCについては当然ながら副産物にも影響されるため、その考慮も必要である。初期生産量は埋蔵量の規模の、そして初期投資額はそうして推定された初期生産量の影響を受けることなどが統計解析から明らかになった。

このようにして求められた各費用項目に基づき、専門家に対する聞き取り調査などとあわせ、各鉱床に対して最適と思われる採掘、選鉱、製錬法を決定し、それぞれから産出される鉱石について、地金生産費用を計算した。次にその結果に基づき費用の安い順に鉱山を並べることで全ての鉱床で生産を行ったと仮定した場合の総費用曲線を導出した。その結果を図(1)-4に示す。図で許容銅価格として示しているものが、各鉱床を開発した場合に許容できる銅の価格、すなわち費用単価である。図中にnormal/high cost modelと2つの値が示されているが、これは先に述べた費用項目の推定があくまで現状の鉱山のデータの統計分析結果であることを踏まえ、推定パラメタの上側95%信頼区間の値を取ることで、費用が最大限大きかった場合にどのような結果を得るものかを検討したものである。

ここ数年間の銅価格の推移を見て、5,000 [US$/ton] と 8,000 [/ton] の場合の採掘可能な埋蔵銅量 (いわゆる埋蔵量ではない) の結果を考える。通常の推計結果の場合、ここで検討されている約1億トンの銅量の内、前者の場合、normal modelではその約半量が採掘可能であるが、high cost modelでは8%程度しか採掘できないことが分かった。これが 8,000 [US$/ton] になると、それぞれ79%と69%といずれの場合もかなりの量が採掘可能な資源となる。ここで重要な点は、5,000 [US$/ton] というやや低めではあるが、現実にありえる価格帯に採算分岐点があるような鉱床が多く存在して
いるという点である。このあたりに許容銅価格を持つ鉱床は特に変わったものではない。現在操業中の大規模鉱山と比べた場合、各種費用の安価な時期に初期投資を行い、既にこれを回収し終わっているような鉱山と比べた場合、新規の初期投資を行うことのデメリットが非常に大きいことがよく分かる。逆に言えば、既存鉱山が大深度化したまま採掘を続ける可能性の大きさを示唆していると言える。逆に、8,000[US$/ton]と言う銅価格はかなりの高水準であり、新規開発鉱山からの供給が必要になるような需要水準である場合には、銅価格の高騰がおこることが改めて確認されたが、逆に低炭素化技術における銅使用量については非常に大きなものとなることから、注意深く見守る必要があると言える。

## 2 ）低品位化、大深度化に伴う変化の定量化と検討

前節で述べた通り、既存鉱山が大深度化したとしても操業を続ける可能性は高い。そこでまず露天掘鉱山がそのまま大深度化していく場合の検討を行う。手法の節で述べたとおり、長期の生産計画ツールを用いるが、今回はこれに仮の鉱床を与えて検討を行う。具体的にはまったく同じ鉱体(図(1)-5:緑色の部分が高品位のブロックを示す)に対してその上部にズリの層を加えることで検討を行う。その結果を図(1)-6に示す。

図 (1)-6 に NPV と 金属単位量あたり の TMR(Total Material Requirement) の値を示す。Original と 呼ばれるものはケーススタディと して用いている そもそも の 鉱床(図(1)-5) について計算 した場合で あり、それを 1.5 倍深い 深

図(1)-4 許容銅価格とその時の可採埋蔵銅量

図(1)-5 対象鉱床のイメージ

図(1)-6 NPVとTMRの変化 (Originalを100%)

度になるように上にズリの層を載せた場合の結果、同じく2倍になるようにした結果を合わせて示してある。またここでのTMRは非常に簡易的な推計結果であり、ズリ並びに尾鉱の合計量である。間接的に起こるTMR、例えばプロセスのエネルギー消費に伴う、化石燃料資源に関わる量などは含めていない。

ここでの結果の重要な点は、TMRが大きく増加する一方、NPVがさほど悪化していない点にあ
る。これは今回ケースに用いた鉱体の形状にも依存する部分があるものの、TMRが増えるほどには採算は悪化しない。よって、多少の大深度化が起こったとしても、大規模露天掘鉱山はその採掘を続けることが予想される。よってこれに伴いTMRで表される、固体廃棄物と言った意味での環境負荷は増大する。また、露天掘採掘は大深度化が進めば進むほどピットの直径は増大する。となれば、土地改変面積は増大することとなり生物多様性などに与える影響も増大することが予想される。

こうした環境影響の側面と合わせ、大きくないとは言え悪化する採算を考え、大規模露天掘鉱山の多くが大規模坑内掘への移行を検討、一部実施しはじめていることは既に述べた。そこで、本研究では坑内掘から露天掘への移行のタイミングを最適化するような長期生産計画ツールを開発し、これに基づきどのような変化が起こるのかの定量化を行った。

検討対象のブロックモデルとその結果を図(1)-7,8に示す。今回は計算時間の都合から非常に浅い鉱体を採掘していることに注意が必

図(1)-7 ケーススタディの対象鉱床モデル

図(1)-8 移行深度と採掘量、NPVへの影響

要である。グラフの横軸は1～4に進むにつれ、露天掘から坑内掘への移行深度が深くなることを意味している。この中で2と記されている深度での移行が、NPV最大を得る最適な操業以降のタイミングと言うことができる。

ここで TMR と記したものは、総採掘量（鉱石量＋ズリ量）を金属含有量で除した簡易的な比率を示す。ここで分かるように、移行深度が深くなる（1～5 へ進む）につれ TMR の値が大きくなる点にまず注意が必要である。つまり当たり前のことではあるが、露天掘に比べれば坑内掘はズリ量が圧倒的に少なくなることが分かる。その上で、NPV と金属量の変化を見ると、得られた金属量としては移行深度の最も深い 5 のケースにおいて、最大の金属量が得られることが分かる。しかしながら採算は悪化し、NPV は大きく減少している。

こうした結果を見る上で一つ重要な点は、操業途中での露天掘から坑内掘への移行には大きな投資を伴うという点が上げられる。割引現在価値での計算を行っているが故、この投資は後ろの段階で行われた方がプロジェクト価値に及ぼす影響は小さい。それを踏まえた上で移行が遅れることで大きくNPVが減少することは、今後実際に多くの鉱山で坑内掘への操業移行が起こることを示唆している。

これと合わせ、大規模坑内掘の代表的手法であり、上のケーススタディでも検討された block caving について既存の鉱山データベース等から、エネルギー消費に関する基礎的情報を得ることで CO₂ に対する寄与の予想を行った。結果としては、露天掘ではエネルギー消費の中でも運搬に
用いられるトラック等の燃料消費が非常に大きく、坑内掘と比べると約10倍程度の消費量である鉱山が見られた。他方で、電力消費は逆転しており、坑内掘が露天掘に比べ一桁大きい消費量となっていることが分かった。この結果は、我々が専門家に対して聞き取り調査を行った場合などとも一致する。ただし、一般化して用いるにはサンプル数が少なすぎるために、これ以上の検討は行わないこととした。

## （２）温暖化対策技術導入における資源需給の シミュレーション

先にも述べたとおり、ここでは、現在のマテリアルフロー分析を通し現状を把握した後、SDモデルを用いた将来予測を行う。その際に、需要は外生的に与えるべく、別途需要予測を行う。

まずガリウムのマテリアルフロー分析の結果を図(1)-9に示す。ここでは天然資源から素材・中間製品製造までのマテリアルフローを詳細に示している。最終製品は単に最終製品として表示しているが、加工くずの発生量自体は表示してある。太陽電池向けのガリウムが含まれると考えられる流れに赤枠を施してある。この部分の需要はここ10年弱で10倍以上に増加していることも合わせて明らかにした。また世界大のマテリアルフローの結果を見れば分かるように、約9割のガリウムはボーキサイトからアルミナを製造する際の副産物として得られている。他方で、日本のマテリアルフローにあるように、我が国では亜鉛製錬の副産物として生産が行われている。

同じくインジウムのマテリアルフローも示した。インジウムについては一部使用済製品中の含有量の情報も得られるために、異なったフォーマットで示してある。またデータの最新時点が異なるために年次が揃っていないことに注意されたい。いずれにせよ、ここで着目すべきは素材消費における日本の圧倒的なシェアである。全世界で1400トン程度の素材需要がある中、我が国が860トン余りを消費していることになる。我が国の加

〈Raw Material Production〉 〈Material Production〉 〈Interim Product Production〉 〈Final product〉

図(1)-9 Ga, Inのマテリアルフロー (Ga: 2010年 上段：世界 下段：日本) (In: 上段：世界(2007) 下段：日本(2008))
エくずの循環が以下に全世界のインジウム需給に重要かがよく分かる。また、老廃くずのリサイクルについては、事業ベースでは行われていないと判断し0としている。

次に需要予測に関する結果を示す。ここではインジウム、ガリウム共に太陽電池向けについて、悲観的・楽観的・現実的の3つのシナリオの結果を示す。ここでの3つの仮定は先行研究 $ ^{2)} $ に基づき与えることとした。具体的には太陽光発電の成長率及び原料使用量の変化(時を追うに連れて必要とされる金属量が減少する)についてそれぞれ仮定を与えている。

結果を図(1)-10に示す。世界全体での需要量予測の推移と共に、Inについては資源の埋蔵量に懸念があったため、累積需要量と埋蔵量のグラフも合わせて示す。またここに示した結果は太陽電池向けの需要量予測値であり、それ以外のものは含めていないことに注意されたい。

まずインジウムについて見ると、楽観的なシナリオに基づくと現在の一次地金供給量で需要量は満たせる結果となる。ただし、インジウムについては現時点ではITOターゲット材向けの需要量が相当あることから実際には不足することになる。ただし太陽電池向けの量のみでこれを越えることはない。ただし、その他の2つのシナリオでは非常に早いタイミングで供給不能になることが見て取れる。さらに累積需要と埋蔵量を比較すると楽観的シナリオにおいてすら2040年頃には不足することが分かる。よって、この時点でインジウムについてはかなり早い段階で製錬能力の不足が顕在化すること、また埋蔵量の不足もそう遠くない将来に現れることが予測される。

次にガリウムに関する予測結果を見る。ここで、生産容量と一次地金供給量という2つの数値を示しているが、これは生産容量として情報を得られた精錬所のもつ余生産能力と、実際の一次地金供給量の間に差があったためである。そこで一次地金供給量を実際の容量だとして考え
てみても、楽観的シナリオでもインジウムよりもはるかに早い段階で生産容量不足が顕在化することが分かる。他方でボーキサイト資源の埋蔵量は非常に豊富であり、インジウムのように埋蔵量の問題が顕在化する恐れは当面無いことは明らかである。

これらの情報をもとに図(1)-3 に示したような SD モデルを構築しシミュレーションを行った。まず現実的シナリオによる需要予測値を与えた BaU(Business as Usual)シナリオの結果を図(1)-11 に示す。

図(1)-11 需給シミュレーションの結果(左上から順にGa, In, Zn, Pb)

結果からも分かるように、亜鉛の一次地金需要を満たせるように亜鉛・鉛鉱山については操業しているように仮定を置いた。アルミニウムについても同様の仮定を置いているがここでは省略している。亜鉛とインジウム、鉛の関係から分析を行うと、インジウムは亜鉛の生産量に依存して生産されるために、明らかに供給不足となっていることが分かる。他方で、リサイクル分が別途存在することから鉛は供給過多となってしまうことが分かる。また、亜鉛については各地域に
おいて確認埋蔵量が減少しはじめると現時点では確認埋蔵量に含まれていない資源の採掘を開始する。そこで現時点での埋蔵量が少ない地域ではかなり早い段階から新しい資源の採掘をはじめることが図から分かる。ガリウムについては2020年頃までは供給不足を生じることはないが、それ以降、太陽電池関係の需要が伸び始めるにつれ、突然供給不足を生じる。

これらの結果は需要予測の時点で明らかであったものだが、鉛の供給過多の問題などはこうした複数鉱種の需給を1つの形でとりまとめたモデルを用いてはじめて得られた結果である。鉛の供給過多については、今回は優先的に循環を行うこととしているために一次地金の供給過多として表現されているが、現実には一次地金の価格が下がり循環不能となることも考えられる。その場合、鉛は有害性から管理すべき物質であり、リサイクルされないだけではなく別途管理費用が発生するなど大きな社会費用の増加につながる可能性も考えられる。

こうして顕在化した供給不足に対してどのような対処法が考えられるのかに関するシナリオ分析の結果を図(1)-12に示す。

BaU 製錬所割合：2050年に2010年の2倍

Scenario 2 製錬所割合：2050年に2010年の3.3倍使用済み最終製品からのリサイクル：なし

Scenario 3 製錬所割合：2050年に2010年の3倍

図(1)-12 Gaの供給不足を回避するためのシナリオ分析

BaU シナリオでは Ga を回収可能なアルミナ精錬所について、2050 年に 2010 年の 2 倍まで増加するものと仮定してシミュレーションを行っていた。ここで、供給不足分をこの割合を増加させ
ることのみで補おうとするとおよそ3.3倍に増加させる必要がある。(Scenario2) ところが2030年頃になると徐々に使用済品が現れることから、仮に2030年以降は使用済太陽電池から20%のリサイクル率が実現可能になると仮定すると、この精錬所の割合は3倍に増加させれば良いことが明らかになった。

このシナリオを分析している理由だが、我が国においては非常に大量のガリウムを消費するにもかかわらずアルミニウム一次地金製錬が行われておらず、ガリウム回収をアルミナ精錬から行うことが難しいことがあげられる。ここでは示していないが、本SDモデルでは亜鉛精錬所におけるガリウム回収量の計算も行っているが、全世界の需要を考えればそれはさほど大きな量ではない。我が国がガリウム需給における資源制約の発現を回避するために行う施策としてはリサイクルが妥当なものであると考えこのような定量化を行った。このようなシナリオ分析を柔軟に可能としたモデルを開発した点も本研究の1つの成果である。

本節の検討の結果を整理すると以下のようになる。本研究では CIGS 太陽電池という 1 つの低炭素技術が導入されるために必須である In, Ga と言う二つのクリティカルレアメタルの需給バランスを検討した。そして、これらの供給を左右しているのは、現状では亜鉛とアルミニウムと言うそれぞれのレアメタルにとっての主産物である金属であり、これら二つの金属は CIGS 太陽電池に取って必要ではない、もしくは必要であるとしてもそれぞれの需要を大きく左右するようなものではないような金属類である。In, Ga の需要が非常に大きなものとなれば、経済的な意味で例えば In が亜鉛鉱山の主産物となり亜鉛がその副産物と見なせるようになる可能性が無いとは言い切れないが、現時点の状況では考えにくい。よって、こうした金属類を用いる低炭素化技術の導入に際してはこれらの主産物の需給動向を慎重に踏まえ、その供給可能量を見積もっておく必要がある。また、あわせて検討をおこなた亜鉛の共産物である鉛については、今後の鉛蓄電池需要の減少を踏まえれば、鉱山からの供給過多となる可能性がある。その背後にはリチウムイオン電池の需要増があり、リチウムの供給可能性を検討する必要もあるが、現時点で得られる情報にもとづけば、そこに余り大きな懸念は無く、一次資源の供給過剰か、資源循環が止まるかのいずれが鉛については予想される。鉛の有害性を考えれば資源循環が止まることの外部性は大きく、これも慎重に考えるべき問題である。

よって、前節で検討対象としていた銅であれば、銅の需給を中心に考えればその資源制約についての検討は充分であったが、とある技術に取ってクリティカルである金属が、本節が検討しているような副産物であるレアメタルである場合には、その主産物がその技術のもつ低炭素化ポテンシャルを左右しかねないことが改めて浮き彫りになった。

## （３）バングラデシュの ew-MFA

本研究から得られた結果を図(1)-13 に示す。物質フロー全体の規模は 4.5 億トン程度であり、我が国と比べれば 3 分の 1 程度の規模である。人口規模が我が国と比べやや多い程度であること、現在インフラを構築している段階にあることなどを考えれば、今後更に拡大されることが容易に予想される。内訳を見ると発展途上国の多くがそうであるようにフローの大部分をバイオマス資源が占めておりる。

ただし事前に行った定性的な調査の結果から、同国の特徴がレンガの多消費にあることは明らかであったため、非金属鉱物に特に着目しさらなる分析を行った結果を図(1)-14に示す。セメン
ト向けの資源消費量が860万トン余である一方で、粘土鉱物の消費量が5430万トンにも上ることが明らかとなった。さらにレンガについてはかなりの規模の循環的利用が行われており、砕かれたレンガ(Brick Tips)は一部の骨材資源を代替していることも明らかとなった。ただし、レンガがコンクリートやまた砂利砕石を代替する際に、強度・寿命等の意味で完全な代替財になっているとは言えないことから、構造物の短寿命化や、また製造プロセスにおける粉塵の発生(図(1)-15)など、多くの問題を抱えていることも明らかになった。これらについては定量的な検証が今後必要であることが明らかになった。また、量的には少ないものの研究担当者らの別研究PJでの成果³)から、鉄鋼消費量が経済発展の規模に比して比較的多いことが明らかになっているが、それは船舶解体産業の発展(図(1)-16)によるものである。同産業は、同国における鉄鋼消費の半量以上を供給しており、実際に船舶解体産業が環境影響のトラブルから操業停止に追い込まれた年には、国全体の鉄鋼消費量が減少すると言う結果を招いている。

本研究により、このように非常に特徴的な物質フローの姿を持つことが明らかになった。船舶解体産業やレンガに関する物質フローは現地調査を主体に積み上げて得られた結果である。依然として非常に粗い推計値に過ぎないものであるが、にも関わらずこうした分析を行うことが非常に重要であることを示唆したと考えている。ここで指摘しているレンガ産業ならびに船舶解体産業については、国際的な統計資料は全く統計せず、また直接

図(1)-13 バングラデシュのew-MFAの結果

図(1)-14 バングラデシュにおける非金属鉱物のフロー

図(1)-15 バングラデシュのレンガ工場

図(1)-16 バングラデシュにおける船舶解体現場

引用可能な形での資料は国内にも存在していない。こうしたことは、発展途上国における持続可
能な資源利用を突き詰めるためには、これらの国における統計整備を進める必要性を強く示唆するものである。

最後に、現時点でのバングラデシュにとって、鉄鋼とレンガがある種のクリティカルマテリアルであることが明らかになったが、特に前者については代替の難しい素材でもある。良く知られるように鉄鋼生産が温暖化に与える影響は大きく、バングラデシュの船舶解体産業のような労働集約型の鉄リサイクル産業は一概に否定されるべきものではない。よって、こうした産業に対する適切な技術移転は、多くの発展途上国を抱えるアジア全体としての低炭素化に対して非常に重要なものであり、我が国の今後の1つの役割を示唆しているものとも言えよう。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

天然資源開発現場で今後起こりうる変化の検討に際して、鉱山の長期生産計画ツールの開発を行った。露天掘鉱山に関しては査読付き投稿論文を一件、国際会議発表を一件行っている。また、露天掘から坑内掘への操業以降についても、現在論文投稿の準備中である。これは現在注目が高まっている研究対象であり、かつ今回開発されたツールは他に類を見ないレベルの制約条件の取り込みに成功している。また、こうした生産計画ツールを用い、環境負荷の定量化などを実施する応用例は余り多くなく、そうした意味でも新規性は高いと考えている。

SDモデルによるシミュレーションについても現在論文投稿の準備中である。また、バングラデシュのew-MFA研究については、本PJ内の名古屋大学チームと共同で、国際比較に関する論文を2報投稿し(1件は査読中)、また別途バングラデシュのみの詳細な論文投稿の準備を行っている。こうした研究は、これまで統計情報等が少ないことから余り進んでこなかった発展途上国の研究に一定の可能性を見出したという点において非常に意義深いものであると同時に、国際的に整備された統計情報だけでは結果が必ずしも正確ではないことも明らかにしている。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

低炭素化技術による資源制約を定量化している研究は、実は非常に少ない。特に複数鉱種の依存関係を陽に捉えたモデルの開発は余り進んでいない。そうした中本研究が提示したSDモデルによる検討は有用なものと言える。また資源政策と環境政策の融合という意味において、資源開発現場で今後起こりうる変化に対する情報は、環境政策担当者にとって非常に有益な基礎情報となることが考えられる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。
### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) 玉西雄三，村上進亮，山富二郎：Journal of MMIJ, Vol. 127, 615-621 (2011) 「4-D network relaxation法を用いた露天掘鉱山生産計画のアルゴリズム開発」

2) S. HASHIMOTO and Y. MORIGUCHI: Global Environmental Research, 17, 39-46 (2013.4) "Resource management for carbon management: A literature review"

3) K. N. MAUNG, T. KOMATSU, M. F. G. MARTINICO-PEREZ, C. M. LWIN, S. MOHAMMAD, K. SUGIMOTO, K. OKUOKA, S. MURAKAMI and H. TANIKAWA: Journal of Environmental Information Science, 42(5) 51-60 (2014)

“A Comparative Study on Assessment of Economy-wide Material Flow Accounts and its Implications in Myanmar, Bangladesh, and Philippines”

## くその他誌上発表（査読なし）>

1) 橋本征二, 村上進亮 : 工ネルギー・資源, 34 (5), pp. 291-295 (2013)

「明日を支える資源(137) <連載: 持続可能な資源の利用④> 温暖化対策技術とクリティカルメタル」

2) 村上進亮，小松孝裕：エネルギー・資源，35(2), 43-47 (2014)

「明日を支える資源(138) <連載：製造業を支えるレアメタルの動向について①> クリティカルメタルとレアメタル」

## （2） 口頭発表（学会等）

1) N. MATSUMOTO, Y. TAMANISHI, S. MURAKAMI, J. YAMATOMI: The 9th International Conference on EcoBalance (Tokyo, Japan), pp. 801-804, (2010)

“Environmental Efficiency of Copper Mines”

2) T. KOCHI, S. MURAKAMI, J. YAMATOMI, Y. KAJIURA: The 9th International Conference on EcoBalance (Tokyo, Japan), pp. 814-817, (2010)

“The Simulation of Material Flows/Stocks for Indium, Lead, and Zinc”

3) 佐橋慶一，橋本征二，森口祐一：第26回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス (2010)

「地球温暖化対策技術の普及と関連金属の需給」

4) 橋本征二、佐橋慶一、村上進亮、森口祐一：第38回環境システム研究論文発表会（2010）「地球温暖化対策技術の普及と関連金属の重要度」

5) S. HASHIMOTO, K. SABASE, S. MURAKAMI, and Y. MORIGUCHI: ISIE Asia-Pacific Meeting & ISIE MFA-ConAccount Meeting, Tokyo, Japan (2010)

“Penetration of technologies for climate change mitigation and criticality of associated metals”

6) S. HASHIMOTO, K. SABASE, S. MURAKAMI, and Y. MORIGUCHI: 2011 Conference of the International Society for Industrial Ecology, Berkeley, California, USA (2011)

“Penetration of technologies for climate change mitigation and criticality of associated metals”
7) S. MURAKAMI, Y. TAMANISHI, S. MIWA and J. YAMATOMI: 35th APCOM Symposium 2011 Application of Computers and Operations Research in the Minerals Industry, (Wollongong, Australia), pp.311-318, (2011)

“Four-Dimensional Network Relaxation Method for Long-Term Open Pit Mine Scheduling”

8) S. MURAKAMI, and T. KOMATSU: MFA - ConAccount Section Conference 2012, Darmstadt, Germany, Sep. 26-28, (2012)

“Criticality Indices of metals for Japan and its application for the evaluation of e-waste recycling systems”

9) S. MOHAMMAD, T. KOMATSU, R. KOIDE, M. M. HOSSAIN and S. MURAKAMI: Proceedings of ISIE 2013, 7th International Conference of the International Society for Industrial Ecology, University of Ulsan, Ulsan, Korea, (2013)

10) S. MURAKAMI, E. YAMASUE, H. OTSUKA, C. TOKORO and J. YAMATOMI, 7th International Society for Industrial Ecology biennial Conference. University of Ulsan, Korea. June 25-28, (2013)

“Material flows at mine site throughout its life and intertemporal allocation of their responsibility”

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

1) 環境研究総合推進費 S-6 一般公開シンポジウム アジア低炭素社会へのチャレンジ （平成25年10月17日 東京 300名）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) 玉西雄三，村上進亮，山富二郎：Journal of MMIJ, Vol. 127, 615-621, (2011) 「4-D network relaxation法を用いた露天掘鉱山生産計画のアルゴリズム開発」

2) Zuser, A., H. Rechberger: Resources, Conservation and Recycling, 56, 56–65 (2011)

“Considerations of resource availability in technology development strategies: The case study of photovoltaics”

3) Mohammad Sujauddin, Ryu Koide, Takahiro Komatsu, Mohammad Mosharraf Hossain, Chiharu Tokoro and Shinsuke Murakami: Journal of Material Cycles and Waste Management, (2014) (印刷
中 10.1007/s10163-013-0224-8)

"Characterization of ship breaking industry in Bangladesh"
# （２）低炭素化に関連する物質フロー・ストックの計量手法の開発

立命館大学理工学部 橋本 征二

<研究協力者>

立命館大学グローバルイノベーション研究機構 WANG Tao

東京農工大学大学院農学研究院 加用 千裕

平成23～25年度累計予算額：27,398千円

（うち、平成25年度予算額：9,599千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

本研究では、アジア諸国の経済発展に伴う社会基盤の整備、耐久消費財の普及、消費財の消費拡大等の想定に基づいて、今後の資源需要量と素材生産に係るGHG排出量の推計を行うための手法を開発するとともに、資源の効率的・循環的利用による低炭素化のポテンシャルについて検討を行った。（1）主要国における主要物質消費量の歴年データの整備、（2）鉄鋼材のフロー・ストックの計量手法の開発と適用、（3）紙・板紙のフローの計量手法の開発と適用、（4）中国の国レベルの物質フロー分析と構造分解分析を行い、それぞれ以下のような知見を得た。（1）いずれの物質においても、GDPが高水準の国における1人当たり消費量は2倍以上の違いがあった。その背景には様々な要因が考えられるが、低資源省費の経路があることを示しており、その経路を選択できる可能性が示唆された。（2）アジアにおける今後の粗鋼の需要量は1100～1200 Mt/年に達し、2050年までこの水準を維持することが示唆されたが、鉄鋼材のストック需要の削減、長寿命化やリサイクル率・歩留まりの向上、エネルギー効率の改善やCO₂の回収・貯留により、鉄鋼材に関わるCO₂排出量を2050年に2000年の半分程度にまで削減できる可能性が示された。（3）2050年のアジア10カ国における紙・板紙需要量は415～574Mtになると推計されたが、黒液利用、古紙パルプ増加、化学パルプ増加と黒液利用、技術改善により、それぞれ24%、5%、32%、25%程度の削減効果が得られることが示された。（4）中国の天然資源等消費量が増加した要因としては、Affluenceの影響が大きく、これが天然資源等消費量を増加させた。Technology（物質利用強度）の改善はこれを減少させる方向に貢献したが、前者の影響が大きかった。Recyclingの貢献はこれまでのところ小さかったが、今後これを推進していくことが重要である。

[キーワード]

物質フロー分析、シナリオ分析、鉄鋼材、セメント、紙・板紙

※ 本報告の内容には、橋本征二・森口祐一・加用千裕が国立環境研究所に所属していた時に行った研究の一部を含む（研究開発目的の1～3の一部）。
### 1. はじめに

大量生産・大量消費に支えられた経済社会から循環型社会への転換は、主に廃棄物問題の改善、資源の有効利用の観点から提唱されてきたが、エネルギー消費・GHG排出の面からも大きな意義がある。資源の循環的・効率的利用によるGHG排出削減効果は、特定の素材や製品のリサイクルについては多くの算定例があるものの、総量としてどれだけ削減に寄与してきたかや、今後どれだけ削減ポテンシャルがあるかについては、我が国についても十分には定量化されておらず、今後、資源利用の飛躍的な増大が見込まれるアジアの発展途上国については、知見がさらに不足している。

このように、社会基盤整備や耐久消費財の普及などにより、素材産業からのGHG排出の増大が見込まれる一方で、そうした耐久財の蓄積は、その利用段階でのエネルギー消費と密接に関連するとともに、将来の二次資源の供給源という性格をもつ。したがって、物質のストックと物質・エネルギーのフローを関係づけて解析することも必要となっているが、社会における物質フロー・ストックは十分に理解されてはおらず、とりわけ、アジア諸国を対象とした研究はこれまでほとんど行われてきていない。また、将来の物質フロー・ストックがどのように変化していくかのシナリオについても検討を行う必要がある。

## 2 ．研究開発目的

本研究は、アジア諸国の経済発展に伴う社会基盤の整備、耐久消費財の普及、消費財の消費拡大等の想定に基づいて、今後の資源需要量と素材生産に係るGHG排出量の推計を行うとともに、資源の効率的・循環的利用による低炭素化のポテンシャルについて検討することを目的とする。このため、生産時の炭素排出量が大きい素材を対象として、現在および将来の物質フローを推計するためのモデルを構築し、それを適用した分析を行う。具体的には、（1）主要国における主要物質消費量の歴年データの整備、（2）鉄鋼材のフロー・ストックの計量手法の開発と適用、（3）紙・板紙のフローの計量手法の開発と適用、（4）中国の国レベルの物質フロー分析と構造分解分析を行った。

### 3. 研究開発方法

## （１）主要国における主要物質消費量の歴年データの整備

今後の途上国における物質消費のシナリオ分析に活用するため、生産時の炭素排出量が大きい鉄、セメント、紙を対象に、データが入手可能な主要国におけるこれらの生産量、輸出入量、消費量の歴年データを整備し、これらの資源消費に関わるLeap Frog的なパスの存在の有無について検討した。データ整備に利用した統計資料は表(2)-1に示すとおりである。各素材の物質フローをもとに、データ整備対象とする商品を決定した。対象年は1950年頃から直近年の各年である。

輸出入量（物量）については、報告時の単位ミス等に由来する異常値や、欠損、ミラーフロー（同一国間の同一商品の輸出入）における輸出量・輸入量の不整合といったエラーが多数存在する。そのため、同一商品コードの総輸出量と総輸入量が一致しておらず、かつ時系列推移を見るとトレンドの断絶が見られる。世界合計の貿易量及び時系列推移を一定の精度で把握するためには、何らかの方法でエラーデータを修正する必要がある。そこで、各商品コードの世界合計貿易量のトレンドを視認しながら、合計量に与える影響の大きい特定のデータについて、内挿等によ
り修正を実施した。また、各種文献等における情報を用いて、各商品コードにおける鉄、セメントの含有率を設定し、貿易されるこれらの素材量を推計した。

表(2)-1 データ整備に使用した統計資料一覧

統計名	出版元	対象素材
鉄	セメント	紙
Industrial Commodity Production Statistics	United Nations	★	★	★
Minerals Yearbook	United States Geological Survey	★	★
Steel Statistical Yearbook	World Steel Association	★
World Statistical Review / World Cement Market	CEMBUREAU, The European Cement Association	★
FAOSTAT-ForeSTAT	Food and Agriculture Organization	★
UN Comtrade	United Nations	★	★	★

## （２）鉄鋼材のフロー・ストックの計量手法の開発と適用

トップダウン手法に基づくモデルを構築して、アジア地域の鉄鋼材のフロー・ストックの推計を行った。トップダウン手法は各国の鉄鋼材関連統計のデータをもとにモデルを構築してそのフロー・ストックを計量するものであり、これを用いて将来の鉄鋼材の需要推計を行った。中国を例とした推計モデルのシステム境界は図(2)-1に示す通りである。鉄の循環は様々なプロセスにより成り立っており、図では各プロセスを四角で、市場での取引をMの四角で、ストックを丸で表している。過去の生産、貿易のデータを統合し、直接データが得られないプロセスは技術的なモデル化を行った。また、鉄鋼材の製造プロセスにおけるエネルギー効率の改善やCO₂の回収・貯留、ストックとしての鉄鋼材需要の削減や長寿命化・リサイクル率の向上についてシナリオを想定し、鉄鋼材のライフサイクルを通じた低炭素化の可能性について検討した。ストックとしての鉄鋼材需要は、これまでの先進国の趨勢によれば、1人当たり8トン（英国、フランス等の水準）から12トン（カナダ、日本の水準）の幅があることから、アジアにおけるストックとしての鉄鋼需要についてもこの幅で検討した。こうした需要のコントロールと合わせて、長寿命化やリサイクル率の向上などの物質管理により、鉄鋼材に関わるCO₂排出量の50％削減の可能性について検討した。

上記の検討においては、ボトムアップ手法による検証を合わせて行った。ボトムアップ手法は、建築物、土木構造物、輸送機械、産業機械、家電製品などの各分野の製品統計データとそれら製品の資源利用強度のデータをもとに、フロー・ストックを計量するものである。また、ストック量については、2000年、2010年の中国を対象に、同手法によるより詳細な鉄鋼材ストック量の推計を行い、トップダウン手法で推計されるストック量との差異について検討した。これについては、鉄鋼材を利用する250以上の製品類型を対象とした。

また、中国において多くの資材を投入して建設が進められている高速鉄道を対象として、詳細な物質フロー分析とライフサイクル評価を行った。中国の高速鉄道路線は世界の総延長の40％を占めており、さらに35の路線が建設中、30程度の路線が計画されている。図(2)-2は、各国の1人あたりGDPと高速鉄道(HSR)の密度を示したものであるが、2030年までの中国の高速鉄道の拡張について、3つのシナリオを想定し、高速鉄道が誘発するエネルギー消費を含めた分析を行った。
System Boundary: China, 1900 – 2009 (in MtFe)

図(2)-1 中国における鉄の循環（1900～2009）

図(2)-2 各国の1人あたり GDP と高速鉄道(HSR)の密度

$$ フランス (FRA) $$

$$ スぺイン (ESP) $$

※2：実線は過去の実績、破線は今後の計画もしくはシナリオ）

## （３）紙・板紙のフローの計量手法の開発と適用

経済発展と紙・板紙需要との関連を分析・モデル化した上で、IPCCのSRESにおける人口・GDPシナリオに基づいて、アジア10カ国（中国、インド、インドネシア、日本、韓国、マレーシア、フィリピン、シンガポール、タイ、ベトナム）における紙・板紙需要量とそれに伴うパルプ用木材需要量を2050年まで推定した。また、そのパルプ・紙・板紙製造に関わるエネルギー消費量、化石エネルギー由来CO₂排出量を2050年まで推計した。さらに、パルプ製造残渣として発生する黒液のエネルギー利用、古紙パルプ利用の増加、化学パルプ利用の増加、パルプ・紙・板紙製造技術の向上等の低炭素化方策を検討し、そのCO₂排出削減のポテンシャルを評価した。

また、紙・板紙需要の増大を抑制する方策の検討として、その需要に影響する様々な要因を分
析した。統計的分類手法を用いて、低消費経路国と高消費経路国を分類し、その上で、それらの国々の違いを決定する社会経済因子を分析した。具体的には、クラスター分析によって対象各国を低消費経路国と高消費経路国にグルーピングし、これらの国グループを従属変数、紙・板紙消費に関連する社会経済因子（1人当たりGDP、各紙種ごとの価格、インターネット利用率、1人当たりパソコン利用台数、GDPに占める新聞広告の比率、GDPに占める雑誌広告の比率、高等教育機関進学率、都市化率、GDPに占める第3次産業の比率、1人当たり農産物生産量、1人当たり畜産物生産量）を独立変数とする判別分析を行い、それぞれの国グループにおける社会経済的な特徴を分析した。

## （４）中国の国レベルの物質フロー分析と構造分解分析

EurostatのEconomy-Wide Material Flow Accountsの2009年版ガイドラインにもとづき、1998年～2008年の中国の国レベルの物質フロー（バイオマス、金属鉱物、非金属鉱物、化石燃料）を推計するとともに、これを既存の推計と比較検討した。具体的には、国内で採取される天然資源として、食料作物190品目、農業残渣10品目、飼料作物5品目、林産物7品目、水産物2品目、金属鉱物8品目、産業用非金属鉱物17品目、建設用非金属鉱物3品目、化石燃料3品目、輸入される中間製品・最終製品として、3000品目程度を対象とした。

また、推計した天然資源等消費量をImpactとしてIPAT式（Impact = Population × Affluence × Technology）に当てはめ、中国の天然資源等消費量を増加させる主要な要因を分析した。ここでは、Technologyを更に2つの因子、すなわち、Technology（再生材も含めた物質利用強度）とRecyclingに分解し、分析を行った（下式）。さらに、中国の第12次5カ年計画（2011–2015）中にどのような資源需要が見込まれるかを推計し、資源消費を抑制する対策について考察した。

$$ DMI=\sum_{k}POP\times\frac{GDP}{POP}\times\frac{(DMI_{k}+RMI_{k})}{GDP}\times\frac{DMI_{k}}{AMI_{k}} $$

ここで、DMIは天然資源等消費量、POPは人口、GDP/POPは1人当たりのGDP、RMIは再生材消費量、AMIは天然資源等消費量と再生材消費量の合計であり、右辺の第1因子がPopulation、第2因子がAffluence、第3因子がTechnology（物質利用強度）、第4因子がRecyclingである。

## 4 ．結果及び考察

## （１）主要国における主要物質消費量の歴年データの整備

鉄について、1人当たりGDPと1人当たり鉄消費量との関係を見ると、1人当たりGDPが15,000ドル（2005年基準）程度までは、1人当たりGDPと鉄消費量との間に正の相関関係が見られたが、1人当たりGDPが15,000ドル程度となるあたりから正の相関関係は崩れ、各国とも鉄消費量は頭打ちになるか、もしくは減少に転ずる傾向が見られた。国別に見ると、日本の1人当たり鉄消費量は高度経済成長期（1954～1973年）までは増加傾向にあったが、それ以降は横ばい傾向にあった。米国、ドイツの場合、推計の開始年である1962年時点で既に1人当たりGDPが高水準であり、現在まで横ばい傾向が続いていた。一方、中国、インドは、1人当たりGDPが増加傾向にあり、それに伴って消費量も増加していた。中国の消費量は、1人当たりGDPが同水準の国に比べかなり大きく、過度な建設投資が進んでいると考えられた。また、韓国においても、1人当たり消費量が他国と比べかなり大きく伸びていた。GDPが高水準の国においても、1人当たり鉄消費量は2倍以上の違い