Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
補助事業名 環境研究総合推進費補助金研究事業（平成24年度～平成25年度）

所管 環境省

国庫補助金 12,124,000 円（複数年度の総計）

研究課題名　使用済み一次乾電池のマテリアルリサイクル

研究期間 平成24年6月8日～平成26年3月31日

研究代表者名 重松幹二（福岡大学）

研究分担者 正本博士（福岡大学）

コウハクル ワサナ (福岡大学)

柳瀬龍二（福岡大学）

鶴田直之（福岡大学）

森浩幸 ((株)森商事)

河村知紀（(株)森商事）
## 目次

総合研究報告書概要

本文

1．研究背景と目的
1.1 研究背景
1.2 研究目的

2．研究方法
2.1 廃乾電池の資源量調査
2.1.1 乾電池の国内生産量と廃棄量調査
2.1.2 亜鉛、マンガン鉱石、鉄スクラップの建値変動調査
2.1.3 九州地区から排出される廃乾電池の排出量調査
2.1.4 回収された廃乾電池のサイズおよび種類の調査
2.2 分別と解体によるリサイクルコストの削減
2.2.1 電池サイズによる自動選別
2.2.2 マンガン電池とアルカリ電池の大量選別
2.2.3 乾電池の解体
(1) アルカリ電池の解体
(2) マンガン電池の解体
2.3 乾電池解体装置の試作
2.4 元素分析によるリサイクルプロセスの検討
2.4.1 分析用消耗電池の作成
2.4.2 元素組成分析
(1) 金属類の分析
(2) CHN 分析
2.4.3 電池の消耗に伴う内部変化
(1) スポット蛍光 X 線
(2) X 線 CT
2.4.4 酸洗浄による夾雑物除去
2.5 廃乾電池からのマテリアルリサイクルシステムの経済性
2.6 ボタン型電池のリサイクル
2.6.1 ボタン型電池の選別
2.6.2 廃棄時の危険性評価
(1) 放電試料の作成
(2) 解体による回収量
(3) TG-DTA 分析

3．結果と考察
3.1 廃乾電池の資源量調査
3.1.1 乾電池の国内生産量と廃棄量
3.1.2 廃乾電池含有成分の潜在価値
3.1.3 廃乾電池の回収量
3.1.4 回収された廃乾電池のサイズおよび種類の調査
3.1.5 廃乾電池の損傷状況
3.1.6 廃乾電池の放電状況
3.1.7 混在廃乾電池から回収されるマンガンの品質
3.1.8 破砕時の発熱危険性 …… 33
3.2 分別と解体によるリサイクルコストの削減…… 34
3.2.1 筒型電池のサイズによる自動分別…… 35
3.2.2 マンガン電池とアルカリ電池の大量分別…… 36
3.2.3 乾電池分別機によるマンガン電池とアルカリ電池の自動分別…… 37
3.2.4 分別に対する表面劣化の影響…… 40
3.2.5 充電式電池の混入…… 42
3.3 手作業による乾電池の解体…… 45
3.3.1 アルカリ電池のリサイクルプロセス…… 47
(1) アルカリ電池回収成分の化学組成…… 47
(2) アルカリ電池マンガン成分のカリウム洗浄除去…… 49
3.3.2 マンガン電池のリサイクルプロセス…… 51
(1) マンガン電池の消耗による内部変化…… 51
(2) マンガン電池回収成分の化学組成…… 53
3.4 乾電池の機械解体…… 55
3.4.1 機械解体装置の試作…… 55
3.4.2 乾電池解体装置の作動状況…… 57
3.4.3 解体回収量に対する電池の消耗度合いの影響…… 58
3.4.4 解体回収成分の元素組成…… 62
3.4.5 酸洗浄によるマンガン成分からのカリウムと亜鉛の除去…… 64
(1) 洗浄液量の試算…… 64
(2) アルカリ電池からの正極合剤に対する洗浄効果…… 65
(3) マンガン電池からの正極合剤に対する洗浄効果…… 65
3.5 リサイクルシステムの経済性…… 67
(1) 試算のための条件設定…… 67
(2) プロセスの設定…… 69
(3) 損益計算…… 72
3.6 ボタン型電池のリサイクル…… 74
3.6.1 サイズによるボタン型電池の選別…… 75
3.6.2 ボタン型電池のマテリアルリサイクル…… 78
3.6.3 ボタン型電池の解体時および廃棄時の安全性…… 81
(1) 二酸化マンガンリチウム電池成分の熱分解挙動…… 81
(2) ボタン型アルカリ電池成分の熱分解挙動…… 81
(3) 有機物との混合危険性…… 84
4. 結論…… 89
5. 参考文献…… 91
6. 研究発表…… 91
7. 知的財産権の取得状況…… 91
8. 研究概要図…… 92
9. 英文概要…… 93
研究課題名：使用済み一次乾電池のマテリアルリサイクル

研究番号 : 3K122013

国庫補助金清算所要額：12,124,000 円（複数年度の総計）

研究期間：平成24年6月8日～平成26年3月31日

研究代表者名：___ 重松幹二（福岡大学）

研究分担者：正本博士（福岡大学）、コウハクル ワサナ（福岡大学）、柳瀬龍二（福岡大学）、鶴田直之（福岡大学）、森浩幸（（株）森商事）、河村知紀（（株）森商事）

## 研究目的

乾電池は、使い捨ての一次電池と充電式の二次電池に大きく分けられ、このうち一次電池はさらに形状の違いから筒型電池とボタン型電池に分けられる。筒型一次電池は国内で年間数億本が使用されているが、使い捨てであるため使用後は廃棄されている。この筒型電池はさらにアルカリ電池とマンガン電池に分けられる。これらは電気化学反応の原理は同じであるが内部構造が異なる。

使用済みの廃乾電池は、古くは乾電池に含有する水銀の漏出問題のために回収処理されていたが、現在では水銀ゼロの乾電池が普及しているため、積極的なリサイクルはなされず事実上埋め立て処理されている。しかしながら、比較的安価ではあるが貴重な金属資源であるマンガンや亜鉛を多く含んでおり、安定した原料供給を期待してリサイクル技術の確立が望まれている。

乾電池に使用する二酸化マンガンの基本的な製造工程は、①マンガン鉱石に含まれる二酸化マンガン $ MnO_{2} $ を酸化マンガン $ MnO_{2} $ に一旦還元したのち、②硫酸により硫酸マンガン $ MnSO_{4} $ として水に可溶とする。続いて③硫酸マンガンを精製し、最終的に④電解によって再度二酸化マンガンとする。良質な二酸化マンガン製造には、障害となるカリウムの除去が重要となる。カリウムはマンガン電池には使用されていないが、現在主流となっているアルカリ電池には多量に含まれている。また、有機物の存在も製造上問題となる。

一方、亜鉛に関しては、マンガン電池では金属缶として内周部に局在しているため比較的容易に分離回収できそうであるが、電池の消耗により腐食あるいは可溶化しているため、消耗が進んだ場合は単体として分離するのが困難となる。また、アルカリ電池では微粒子のペーストとして内包されているが、単純に破砕するとマンガン粉末と混合してしまい、分離工程が複雑となる。しかし、元々セパレータを介して内包されているため、解体作業によって回収を単純化させやすい。

使い捨ての一次乾電池のリサイクルがコスト高となる原因の一つは、アルカリ電池に含まれる水酸化カリウムが二酸化マンガンに混入することにより直接リサイクル原料として使用できず、その
分離が困難なことである。また、亜鉛は比較的純粋な状態であるため溶融処理で精製可能ではあるが、他の物質が多量に混入して純度が下がると価格が低下する。本研究は、このコスト高となる原因を究明し、低コストのリサイクルプロセスを提案し、使用済み乾電池のマテリアルリサイクルを実現しようとするものである。

その方法として、回収された乾電池をまずマンガン電池とアルカリ電池に分別することで含有成分を単純にすること、機械的解体によって内容物を区別して取り出すことを提案する。このように化学的分離精製に頼らずできるだけ機械的に分離することで、続く化学的分離操作が単純になりコスト低下を実現することが可能と考える。これらを解決するには、外観サイズは同一の乾電池を、まずマンガン電池とアルカリ電池に分別し、さらにそれらの内部構造に応じた方法で機械的に解体することで成分の混合をできるだけ避け、別々のプロセスに供することが得策といえる。

以上の考えを元に、廃棄された一次乾電池に含まれる亜鉛およびマンガンを、それらを原料とする製造プラントラインに供給できる品質状態にまで分離精製するプロセスの確立を本研究の目的とする。

## 研究方法

## （１）廃乾電池の資源量調査

廃乾電池の潜在価値を知るため、電池内に含まれる有価物の市場価値、九州圏内の全市町村における乾電池の回収方法、回収量、最終処分方法の調査を行なった。また、実際に回収されている乾電池のサイズや種類を調査し、確保できる資源量と必要な処理工場の規模を推算した。

## （２）廃乾電池の分別と解体

同一サイズのアルカリ電池とマンガン電池を大量に選別する方法として、滑走式の自動分別機を試作した。また、選別した乾電池を解体する手順として、乾電池を切断分解して内容物を取り出す方法を試行した。さらに、手作業による解体手順を元に、機械化のための解体機を試作した。

## （３）元素分析による含有量調査とリサイクルプロセスの検討

分別および解体によって得られた乾電池内容物に対して、元素分析等によって有価物および夾雑物の含有量を求めた。また、夾雑物を取り除くため、酸洗浄の効果を検討した。

## （４）廃乾電池からのマテリアルリサイクルシステムの経済性

月 100t 処理できる廃乾電池のリサイクルシステムを設営したと想定し、実験データを元に工場単位での経済性を試算した。

## （５）ボタン電池の廃棄時の安全性

リチウム系ボタン電池と亜鉛系ボタン電池を選別する方法として、市販の電池サイズを調査し、直径によって選別が可能か検討した。また、ボタン電池を解体して内容物を取り出し、有価物の資源量を見積もった。さらに、不燃ごみとして廃棄された時の安全性を確かめるため、解体した成分およびプラスチック類と混合した場合の示差走査熱分析から発熱反応の挙動を調べた。
## 結果と考察

## （１）廃乾電池の資源量調査

乾電池の国内生産量と輸出入量からの試算より、国内で年間約6万トンの使用済み筒型一次電池が排出されていると推定された。これは国民一人当たり約0.5kg/年の排出量に相当する。全国の約1/10の人口と経済規模である九州圏をモデルとして廃乾電池の回収状況を調査したところ、実際に乾電池として分別回収されている量は900t/年程度であった。これは人口規模から見て、使用量の1割強しか分別回収されていないことになる。この低い回収率の主な要因は、分別回収を実施していない市町村が多く存在することであり、そこでは主に不燃ごみとして処理され、最終的には埋め立て処理されている。もし全ての市町村で現況レベルの分別回収が進められれば、九州圏内で約2,700t/年の乾電池が回収される試算となる。さらに回収率が100%に達すれば約6,600t/年となる。

分別回収を行なっている市町村が支払っている乾電池の中間処理費は約80円/kgであった。これより、九州圏内で乾電池の100%回収が実施されれば、約5億円／年の中間処理費によって最終処分されることになる。この費用は現在の状況では不燃ごみの処理費として支払われることになり、最終的には埋め立て処理されていることから、処理費用を払いながら環境負荷を増していることになる。よってこの費用を、環境負荷を軽減する目的使用に振り替えることは意義あるものと考える。

乾電池に含まれる有価物を試算したところ、国際事情により年次変動は大きいが、約50円/kgと推定された。リサイクル工場では、この金属成分の売却益に中間処理費を加えた120～130円/kg程の収益が最大で期待されることになる。これは、月100tほど処理する工場を設置した場合は1200万円/月に相当する。

集荷できる廃乾電池の資源量からみると、現況では月100tほど処理する工場が九州圏内に1工場しか立地できないこととなった。この場合、多大な輸送コストがかかることになる。しかし、九州全域に現況レベルの分別回収が拡張されれば九州圏内で2工場、さらに回収率が100%になれば5工場ほど必要となり、現実味が出てくる。

中間処理業者に集荷された廃乾電池に対して、アルカリ電池とマンガン電池の比率、乾電池のサイズ別比率、鋳びなどの損傷状況を調査し、現況の回収状態を把握した。実際に回収された廃乾電池はアルカリ電池とマンガン電池が質量基準で約2：1であった。これを選別することなく破砕してマンガンを回収すると、アルカリ電池由来のカリウムが含有量として約4%混入してしまい、マンガン鉱石の代替としては直接使用できないことが確認された。このことから、アルカリ電池とマンガン電池を選別する必要があるとの結論に達した。アルカリ電池とマンガン電池の選別には鋳びなどの損傷が影響するが、損傷を受けている乾電池は1/3～1/2に達しており、運搬や保管時での雨濡れ対策などを推奨することが提案される。

なお、亜鉛部とマンガン部が破砕中に混合した場合の発熱現象による危険性を評価したところ、両者の混合により急激な発熱現象が観察された。このことから、両者を解体によって個別に回収するもうひとつの意義が確認された。

## （２）アルカリ電池とマンガン電池の自動分別

筒型電池を単一、単二、単三などのサイズ別に分別する方法として、その直径の違いによってスリットを通す方法を試行したところ、単純ではあるが容易にサイズごとに分別することができた。
続いて、アルカリ電池とマンガン電池は外観サイズは同一であるが内部構造が異なるため、リサイクルのためには両者を選別する必要がある。両者は同一サイズでも重量が異なるため、重量差によって選別する方法もあるが、ここでは大量選別のために滑走式の自動分別機を試作した。これにより両者を飛距離によって選別することができ、条件を整えれば90%以上の確率で選別することに成功した。しかし、電池表面が錆びていたりラベルが劣化している場合は滑走時の摩擦に影響が出るため、その選別率は低下した。本方法により大雑把に選別し、不確かなものは個体ごとの重量測定により検品する方法や、比重選別による方法を加えることも検討する必要があろう。また、一次電池と同一サイズの充電式二次電池が間違って混入した場合の選別は困難であったため、それを避ける方法も検討を続ける必要がある。

## （３）解体による電池内容物の回収

マンガン電池とアルカリ電池が選別できると仮定して、次の工程である乾電池を機械的に解体して内容成分を分離するプロセスを試行した。手作業による解体では、乾電池の両端子部分を切断し、マンガン部位、亜鉛部位を取り出すことで、うまく分離することができた。続いて、手作業での試行手順を元に、大量処理を想定した乾電池の分解装置を設計、試作した。動作確認と乾電池各部位の回収量を測定したところ、手作業と同等の回収量を得ることができた。また、一部の機械部品を取り替えることで、アルカリ電池とマンガン電池の両者に、あるいは様々なサイズの乾電池に対応できることを確認した。

一方で、マンガン電池では電池の消耗によって亜鉛缶が腐蝕して低強度になるとともに、一部は化学反応により電解液に溶出するため、亜鉛部の分離が困難であった。また、マンガン部は本来粉末状であるが、電池の消耗により固着現象が起き、解体が困難になることがわかった。総じて言えば、電子機器が動作しなくなって廃棄対象となる1.2V程度の放電状態が最も作業性が良好であった。このことからも、運搬や保管時に雨濡れなどで放電が進まない対策が求められる。なお、製造メーカーによる作業上の差異は特に見られなかった。

## （４）回収物中の有価物および夾雑物含量と精製工程

解体によって得られた乾電池内容物の純度測定を元素分析で行なったところ、アルカリ電池からの亜鉛部はそのまま精錬工場の原料としてリサイクル使用可能な高含有量であることが確認された。一方、アルカリ電池からのマンガン部のマンガン含有量は十分であったが、夾雑物であるカリウムが多く含まれており、取り出したままではリサイクル原料として使用することができないことがわかった。マンガン電池からのマンガン部のマンガン含有量は十分であり、アルカリ電池と選別しているためカリウムは少なかったが、電池の消耗に伴って許容できないほど亜鉛が混入することがわかった。なお、回収マンガン中には添加されている炭素粉末も含有するが、リサイクル時に酸化マンガンに変換する工程で消費されるものと考えられ、特に問題はないと考えた。

精製工程としてアルカリ電池からのマンガン部に混入したカリウムや亜鉛を取り除くため、温水洗浄や希塩酸洗浄を試みたところ、温水洗浄では除去はできなかったが、希塩酸洗浄で十分な除去に成功した。しかし、洗浄を繰り返しても大きな除去効果はなかった。なお、酸へのマンガンの可溶化による損失は認められなかった。
マンガン電池からのマンガン部に含まれる亜鉛の除去については、大きく消耗した電池からのものは酸洗净では取り除くことが困難であったため、さらに効果的な方法を検討する必要がある。また、洗浄に関しては製造メーカーの影響もあり、最適条件の探索が必要であることが示唆された。

## （５）プラント化における経済性試算

月 100t 規模の乾電池リサイクル工場を想定したところ、マンガンは約 40 万円／月、亜鉛は約 110～130 万円／月、鉄スクラップは約 25 万円／月ほどの売却益が得られる計算となった。また、中間処理費が将来削減されることを見越して 60 円／kg とした場合、約 600 万円／月の中間処理費が収入として見込めるが、この中間処理費による収入がなくなればリサイクルプロセスは経済的に成り立たない試算結果となった。

考えられるいくつかのプロセスを比較したところ、解体によって亜鉛やマンガンを分離する工程を取り入れた方が、破砕・磁選を経て精製するより収益が良く、解体による成分単純化の効果が表れた。一方で、マンガン精製のための酸洗浄を行なうとそれだけ費用がかかり、洗浄工程を省いてマンガン売却をあきらめた方が収益は良かった。しかし、この場合はマンガンのリサイクルという当初の目的を達成できないばかりか、環境負荷の低減効果も小さくなる。総じて、中間処理費の収入が見込めるならば本プロセスは経済的に成り立ち、分別・解体によるリサイクルシステムを進める意義が確認された。

## （６）ボタン電池の廃棄時の安全性

水銀を含まないリチウム系ボタン電池には有価物が含まれているものの含有量が少ないため、リサイクルされずに不燃ごみとして廃棄されている。そこでリサイクルの観点ではなく、ボタン電池の選別方法と廃棄時の安全性について検討した。

市販されているボタン型電池のサイズを調査したところ、水銀を含む亜鉛系のボタン型電池は全て直径11.6mm以下の小型であり、回収ボックスに入れることにより、水銀による環境破壊を防止しつつ適正処理を行うことができる。そして、水銀を含まないリチウム系のボタン型電池は直径10.0mmのものを除いて全て12.5mm以上であるため、サイズの違いを根拠にして亜鉛系とリチウム系を選別することは可能とした。

水銀を含まないリチウム系ボタン電池は不燃ごみとして処理されるため、破損や他物質と混在するときの危険性を伴う。解体により得られた成分を熱分析に供したところ、未使用の電池からのリチウムは発熱反応を示したが、使用済みのボタン電池の内容物では顕著な発熱は観察されなかった。ただし、セパレータは完全放電したボタン電池からのものでも高温にさらすことによって発熱反応を生じ、予期せぬ事故を引き起こしかねないことがわかった。

また、乾電池内の化学成分が偶発的にプラスチックなどの可燃物と接触した場合、何らかの原因で加熱されると自然発熱が開始し、熱暴走が発生する危険性がある。マンガン・リチウム・セルロースの三成分混合系では、セルロースの分解温度が低温側にシフトし、危険性が増すことがわかった。また、完全放電した電池からの内容物でも危険性を増長させる力を保持していた。ポリエチレンとの混合では500℃付近で鋭い発熱ピークが観察され、電気反応が終了しても残存するマンガン成分により酸化反応が促進させたものと考えた。
以上を総括すると、ボタン電池単独の廃棄状態であれば危険性は低いが、有機物と接触することで思わぬ事故を引き起こす可能性があることが示された。水銀を含まないボタン電池は不燃物として処理されているが、埋め立て処分するならば有機物と接触しない措置が必要であること、リサイクルする場合は有機物が混入しないように作業する必要があることが示唆された。

なお、電池の回収には保管時の放電スパークを防止するために、端子にテープを貼って廃棄することが勧められている。しかし、これらテープの素材は本実験で用いたプラスチック類であることが多く、発火事故を防ぐためには一層の工夫が必要であるといえる。
## 環境政策への貢献

使用済み一次電池の廃棄量は膨大であり、埋め立て最終処分による環境負荷を低減するためにも、リサイクルによる再資源化が望まれる。また、レアメタル指定のマンガンを確保するためにも、将来実用化できるリサイクル技術を確立しておく必要がある。

これを実行に移すには、以下のような問題点と解決策が挙げられる。

(1) リサイクル工場の設置に対して、リサイクル品の売却だけでは損益が成り立たず、現況の中間処理費の提供でカバーする必要がある。もちろん工場設備への補助金支給も望ましい。これらは国土の環境負荷低減との引き換えと考えることもできよう。

(2) 現在の廃乾電池の回収率ではリサイクル工場を運営するだけの資源量が足りず、必要量を確保するには遠方からの輸送が必要となりコストがかさむ。近隣からの集荷でまかなえるよう、回収率を上げる施策が必要である。

(3) アルカリ電池とマンガン電池はリサイクル工程が異なるため、よりコストを下げるために排出者による回収時点での選別が望ましい。ただし、サイズごとに分別する必要はない。

(4) 筒型一次電池と同サイズの充電式二次電池の混入を避ける工夫が必要である。例えば一般市民でも容易に識別可能なラベルや色による統一した表記が考えられる。

(5) 選別や解体のハンドリング向上のため、錆びなどの外表面の劣化が起きないよう、雨濡れ等を防いだ回収・保管方法が望まれる。

(6) 解体や精製のハンドリング向上のためには 1.2V 程度での廃棄状態が望ましく、0V まで完全放電しないよう雨濡れ等を防いだ回収・保管方法が望まれる。

(7) ボタン電池のリサイクルは、含有資源量の少なさから現実的ではない。ただし、不燃ごみとの混合によってプラスチック等との接触による発火の危険性が発生するため、やはり分別回収が望ましい。現在、放電スパークを避けるためにテープを貼るよう勧められているが、一層の工夫が必要である。

## 研究成果の実現可能性

月 100t 規模の乾電池リサイクル工場を想定すると、マンガンは約 40 万円／月、亜鉛は約 110～130 万円／月、鉄スクラップは約 25 万円／月ほどの売却益が得られる。また、収入のほとんどは約 600 万円／月の中間処理費に依存しているが、これが維持できれば経済的に成り立つプロセスが可能である。プロセスとしては、解体によって亜鉛やマンガンを分離する工程を取り入れることにより収益が良くなり、解体による成分単純化の効果が表れる。一方で、経費がかかるマンガン精製のための洗浄工程を省いてマンガン売却をあきらめた方が収益は良くなってしまうが、この場合はマンガンのリサイクルという当初の目的を達成できないばかりか、環境負荷の低減効果も小さくなるため望ましくない。総じて、中間処理費の収入が見込めるならば分別・解体・精製の本プロセスは経済的に成り立つため、自動解体機の試作や洗浄に関する実証試験が望まれる。

なお、リサイクルで得られたマンガンは、乾電池材料メーカーとの打ち合わせにより、引き受け可能な純度、価格、供給量であることが確認されている。また、亜鉛は非鉄金属業で引受可能な純度と価格であることが確認されている。
## 結論

使用済み筒型一次電池は国内で年間約6万トン排出されていると推定されるが、分別回収されているものは1割強にすぎず、現況では広範囲の市町村から集荷するための多大な輸送コストがかかり、回収率を上げる施策が重要である。

実際に回収された廃乾電池はアルカリ電池とマンガン電池が混在しており、アルカリ電池由来のカリウムが混入するためマンガン鉱石の代替としては直接使用できない。カリウムの混入を避けるためにアルカリ電池とマンガン電池の自動分別機を試作したところ、90%以上の確率で選別できることに成功したが、電池表面が損傷している場合は選別率が低下した。また、一次電池と同一サイズの充電式二次電池が間違って混入した場合の選別は困難であった。

化学的精製コストを下げるため、乾電池の両端子部分を切断し、マンガン部位、亜鉛部位を取り出す解体装置を設計、試作したところ、アルカリ電池では内容物の回収は容易であったが、消耗が進んだマンガン電池では亜鉛部の分離回収は困難であった。

アルカリ電池からの亜鉛部はそのまま精錬工場の原料としてリサイクル使用可能な高含有量であった。アルカリ電池からのマンガン部のマンガン含有量は十分であったが、夾雑物であるカリウム含量が高く直接リサイクル原料として使用することができないことがわかった。しかし、マンガン部に混入したカリウムや亜鉛は、希塩酸洗浄で十分な除去に成功した。

マンガン電池からのマンガン部のマンガン含有量は十分であり、アルカリ電池と選別しているためカリウムは少なかったが、電池の消耗に伴って亜鉛の混入量が増していった。消耗が進んだマンガン電池は亜鉛含量が高く酸洗净が困難となるため、回収や貯蔵時に放電を避ける工夫が望まれる。

プラント化における経済性試算においては、月100t規模の乾電池リサイクル工場で現況の中間処理費の収入が見込めるならば、本プロセスは経済的に成り立つことが確認された。考えられるいくつかのプロセスを比較したところ、解体によって亜鉛やマンガンを分離する工程を取り入れた方が、破砕・磁選を経て精製するより収益が良く、解体による成分単純化の効果が表れた。一方で、マンガン精製のための酸洗浄を行なうとそれだけ費用がかかるため、洗浄工程を省いてマンガン売却を諦めた方が収益は良かった。しかし、この場合はマンガンのリサイクルという当初の目的を達成できないばかりか、環境負荷の低減効果も小さくなる。

ボタン型電池は、サイズの違いを根拠に水銀を含む亜鉛系ボタン電池と水銀を含まないリチウム系ボタン電池に選別することが可能であったが、含有する有価物の資源量が少ないためリサイクルは現実的ではなかった。ボタン電池が不燃ごみとして処理されることを想定すると、ボタン電池単独の廃棄状態であれば危険性は低いが、有機物と接触することで火災等の思わぬ事故を引き起こす可能性があることが示唆された。
### 1. 研究背景と目的

### 1.1 研究背景

乾電池は、使い捨ての一次電池と充電式の二次電池に大きく分けられ、このうち一次電池はさらに形状の違いから筒型電池とボタン型電池に分けられる（図1）。筒型電池は「単一、単二・・・」と国内では一般に呼ばれているもので、年間数億本が使用されているが、使い捨てであるため使用後は廃棄されている。この筒型電池はさらにアルカリ電池とマンガン電池に分けられる。これらは電気化学反応の原理は同じであるが、電気容量と電圧安定性の向上技術の発展により異なる内部構造をもつ（図2）。

使用済みの廃乾電池は、古くは乾電池に含有する水銀の漏出問題のために回収処理されていたが、現在では技術革新により水銀ゼロの乾電池が普及しているため、積極的なリサイクルはなされず事実上埋め立て処理されている。また、充電可能な二次電池はレアメタルであるリチウム、ニッケル、カドミウムなどが使用されているためリサイクルの技術開発が進められているが、通常の一次乾電池は主要金属がマンガンと亜鉛であるため経済的効果が小さく、合理的なリサイクル方法は確立されていない。しかしながら、比較的安価ではあるが貴重な金属資源であるマンガンは輸入に頼っているためレアメタルに指定されており、政治・経済情勢による価格変動が大きい。更に国際状況の急変などによる安全保障の一環として国内消費量の60日分を国家備蓄とすることが定められている。それを踏まえて、乾電池製造業では安定した原料価格を期待して、リサイクル技術の確立が望まれている。

乾電池に使用する二酸化マンガンの基本的な製造工程は、①マンガン鉱石に含まれる二酸化マンガン $ MnO_{2} $ を酸化マンガン $ MnO_{2} $ に一旦還元したのち、②硫酸により硫酸マンガン $ MnSO_{4} $ として水に可溶とする。続いて③硫酸マンガンを精製し、最終的に④電解によって再度二酸化マンガンとする。良質な二酸化マンガンを製造するには、電解工程における妨害物質を除くことが重要である。

廃乾電池に含まれるマンガンを再び乾電池の原料としてリサイクルする場合、硫酸マンガンとして高度に精製し③→④の二酸化マンガン製造工程に供給する方法が考えられる。あるいは不純物を除ききれない場合は、マンガン鉱石の代替として初段階である①の酸化マンガン製造工程に供給する方法が考えられる。いずれにしても、良質な二酸化マンガン製造には、障害となるカリウムの除去が重要となる。カリウムはマンガン電池には使用されていないが、現在主流となっているアルカリ電池には多量に含まれている。また、有機物の存在も製造上問題となる。

一方、亜鉛に関しては、マンガン電池では金属缶として内周部に局在しているため比較的容易に分離回収できそうであるが、電池の消耗により腐食あるいは可溶化しているため、単体として機械的に分離するのは困難となる。また、アルカリ電池では微粒子のペーストとして内包されているが、単純に破砕するとマンガン粉末と混合してしまい、分離工程が複雑となる。しかし、元々セパレータを介して内包されているため、解体作業によって回収を単純化させやすい。亜鉛はレアメタルに指定されてはいないが比較的高価に取引されており $ ^{[1]} $ 、続く精製工程も確立されているため、単純な回収方法でもリサイクルが可能と考えられる。
図1 乾電池の分類

図２ 筒型一次電池の内部構造（電池工業会ホームページ $$ 2 $$ より引用）
### 1.2 研究目的

乾電池のリサイクルがコスト高となる原因の一つは、アルカリ電池に含まれる水酸化カリウムが二酸化マンガンに混入することにより、その分離コストが上がるためである。また、亜鉛は比較的純粋な金属状態であるため溶融処理で精製可能ではあるが、他の物質が多量に混入して純度が下がると価格が低下する。本研究は、このコスト高となる原因を究明し、低コストのリサイクルプロセスを提案し、使用済み乾電池のマテリアルリサイクルを実現しようとするものである。

その方法として、まずマンガン電池とアルカリ電池を分別することで含有成分を単純にすること、機械的分解によって内容物を区別して取り出すことを提案する（図3）。化学的分離精製に頼らずできるだけ機械的に分離することで、続く化学的分離操作が単純になりコスト低下を実現することが可能と考える。これらを解決するには、外観サイズは同じ乾電池を、まずマンガン電池とアルカリ電池に分別し、さらに機械的に解体することで成分の混合をできるだけ避け、別々のプロセスに供することが得策といえる。

以上の考えを元に、廃棄された一次乾電池に含まれる亜鉛およびマンガンを、それらを原料とする製造プラントラインに供給できる品質状態にまで分離精製するプロセスの確立を本研究の目的とする。そのため、次の項目について本研究で検討した。

（１）廃乾電池の資源量調査

（２）アルカリ電池とマンガン電池の自動分別

（３）解体による電池内容物の回収

（４）回収物中の有価物および夾雑物含量と精製工程

（５）プラント化における経済性試算

（6）ボタン電池の廃棄時の安全性
本申請で提案する方法

図3 提案する廃乾電池マテリアルリサイクルのフロー図
### 2. 研究方法

### 2.1 廃乾電池の資源量調査

廃乾電池の潜在価値を知るため、電池内に含まれる有価物の市場価値、九州圏内の全市町村に対する乾電池の回収方法、回収量、最終処分方法の調査を以下の方法により行った。また、回収された乾電池のサイズや種類を調査し、資源量と必要な処理工場の規模を推算した。

#### 2.1.1 乾電池の国内生産量と廃棄量調査

乾電池の国内生産量は、経済産業省機械統計2012[3]のデータを元に算出した。また、乾電池の輸出量および輸入量を財務省貿易統計2012[4]より算出した。これらのデータを元に、年間の国内消費量を

$$ \left( 国内消费量 \right)=\left( 国内生產量 \right)+\left( 輸入量 \right)-\left( 輸出量 \right) $$

として算出した。よって、この値は家庭や事業所での保管量や販売店での在庫量の変動は考慮されていない。なお、国内生産量と輸出入量は電池の種類別の個数で記載されているが、サイズに関するデータはなかったため、リサイクル可能な資源量としての重量換算時には、後述の回収実測データのサイズ別比率と標準的1本あたりの重量を用いて推定した。また、ボタン型電池である酸化銀電池とリチウム電池では、代表的なSR41（約0.7g）およびCR2032（約2.9g）の1個あたりの重量を用いて推定した。

国内廃棄量は、在庫量の変動はないものとみなし、国内消費量と等しいとみなした。

#### 2.1.2 亜鉛、マンガン鉱石、鉄スクラップの建値変動調査

亜鉛、マンガン、鉄スクラップの建値は、公開されている統計データ $$ 1,5-7 $$ を用いた。調査内容としては、マンガン鉱石はウクライナ、中国、南アフリカ等から輸入しているため、鉱石の輸入価格を採用した。また、亜鉛、鉄スクラップについては、国内でのリサイクルが活発であるため、国内市場の価格を採用した。

#### 2.1.3 九州地区から排出される廃乾電池の排出量調査

廃乾電池処理のコスト試算を行うため、九州地区から排出されている廃乾電池の排出量および中間処理価格の聞き取り調査を行った。排出量調査は九州地区の各市町村を対象とし、人口および廃乾電池の排出量、廃乾電池処分のための処理費用を調査した。調査項目は以下のとおりである。

① 各市町村の廃乾電池年間総排出量

② 廃乾電池処分にかかる中間処理費用

③ 各県の一人当たりの乾電池排出量

調査対象人口とは居住人口ではなく、乾電池の分別回収を行っていて排出量が確認された自治体に居住する人口である。したがって、調査できなかった自治体の量は除外している。ただし、分別回収していない自治体でもその居住人口がわかっているため、同等の分別回収が実施された場合の回収予想量は推定することができる。なお、ここでの排出量は家庭からのものであり、産業廃棄物量は含まれていない。
#### 2.1.4 回収された廃乾電池のサイズおよび種類の調査

産業廃棄物として排出されている廃乾電池は各市町村や企業から集荷され、産業廃棄物処理会社へ搬入され処理されている。ここでは、2012年夏に、実際に産業廃棄物として搬入された約100kgの廃乾電池に対して、形状、種類、重量の測定を手選別により調べた。また、2013年夏の調査時は約70kgの廃乾電池について、集荷時の損傷状態や残電圧、製造メーカーや生産国に関しても調査項目に加えた。
### 2.2 分別と解体によるリサイクルコストの削減

乾電池のサイズは国際的に標準値が定められているため、スリットを介すことでサイズごとに選別できることは極めて容易に想像できる。しかし、アルカリ電池とマンガン電池は電気化学反応は同じであるが内部構造が異なるため、同一サイズでも両者を選別しなければならない。そこで、両者を選別する装置を考案し試行した。続いて、選別した乾電池を解体する手順を考案し試行した。

#### 2.2.1 電池サイズによる自動選別

ベルトコンベヤー側面に各乾電池のサイズの直径よりやや小さいアクリル樹脂製の仕切り板を取り付け、それより小さな電池は通過するようにして選別した。

#### 2.2.2 マンガン電池とアルカリ電池の大量選別

サイズが同じでもアルカリ電池はマンガン電池よりも2～3割重いため、重量の違いによって両者を選別することがまず考えられる。しかし、大量選別に対応することを考え、より簡易な装置として傾斜した塩ビ管中を上方より滑落させ電池毎の飛距離差によって分別する方法が適用可能か検討した。

試作した装置図を図4に示す。長さ4mの塩ビ管先に90°エルボを取り付け、直管部分の角度を30°あるいは45°に設定した。50cm間隔に空けた投入口よりアルカリ乾電池やマンガン乾電池を滑落させ、各乾電池の飛距離を50回測定し、その飛距離分布を求めた。そして、飛距離によって両者が分別できる投入距離や塩ビ管の傾斜角度を探索した。

この分別の原理は、乾電池と塩ビ管の摩擦の違いにより吐出速度が異なるためである。そこで、回収された廃乾電池の中から損傷を受けた電池を選び、飛距離に対する影響も調べた。また、通常の筒型一次電池に同サイズの充電式二次電池が紛れ込んだことを想定し、その分別も可能かどうか検討した。

図４ 考案した乾電池分別機の原理図
#### 2.2.3 乾電池の解体

マンガン電池とアルカリ電池の選別に続く工程として、乾電池を切断分解して内容物を取り出すことを検討した。この機械的分離段階で可能な限り他成分の混入を避けることにより、化学的分離のコストを下げることが可能となる。基本的な解体方法を図5に示す。以下、手作業による解体手順を述べる。

## (1) アルカリ電池の解体

① 乾電池の正極から約 2 mm、負極から約 3 mm の位置で、金属容器部分をダイアモンドカッターで切り開く。

② 乾電池の両端を取り除く。このとき中心の真鍮製集電棒は負極端子やガスケットに固く固定されているため同時に引き抜くことができる。逆に言えば、集電棒だけを分離して回収することは困難である。

③ 乾電池の中央部にある亜鉛ペーストをセパレータごと押し出す。包んでいるセパレータごと押し出すことで正極合剤と負極合剤を混合させずに分離を行うことができ、混合による発熱を防ぐこともできる。

④ 内周部にあるマンガン部は、金属容器ごと押しつぶすことによって砕片となるため、容易に分離することができる。

## (2) マンガン電池の解体

① 乾電池の正極から約 2 mm、負極から約 2 mm の位置で、金属容器部分をダイアモンドカッターで切り開く。

② 消耗したマンガン電池は炭素棒と正極合剤が固着している場合が多く引き抜くことが困難な場合がある。その場合でもマンガン部分は金属容器ごと押しつぶすことによって砕片となるので、容易に回収できる。

③ 亜鉛缶については、新品に近いものほど丈夫なため引き抜くことが可能であるが、消耗したものは亜鉛缶が脆くなっており、十分に回収できなくなることがある。

アルカリ電池

図 5 乾電池の解体方法

マンガン電池
### 2.3 乾電池解体装置の試作

手作業による解体手順を参考にして、解体装置を設計、試作した。試作した装置図は3.4項の図33に示されている。なお、ここで「手動式」と銘打っているのは、乾電池のセットやドリルビットの送りは自動化されておらず、手動で行なっているからである。

図6と図7に、乾電池解体装置の左側面と正面の写真を示す。以下にアルカリ乾電池の解体方法を例として操作方法を述べる。なお、図中にセットされている廃乾電池はパナソニック製の単一アルカリ電池であるLR20である。

① 廃乾電池を正極が外側になるように電池取り付けチャックにセットする。チャック固定ピンを抜出ておきチャックが回転できるようにする。

② ダイヤモンドカッター刃が電池本体の上端から 3mm の位置になるようカッター全体の位置を調整する。

③ カッター電源コントローラーの電源を入れ 2000rpm の回転数でダイヤモンドカッターを回転させる。カッターハンドルを操作し、カッター刃が電池に数ミリ切り込む状態まで押し下げ、電池取り付けチャックを徐々に回転し。電池の陽極側の外缶を切断する。

④ 切断した陽極側外缶を除去し、電池取り付けチャックから電池を取り出し逆向きに電池取り付けチャックに取り付ける。

⑤③と同様に負極端から3mm程度の位置で負極側外缶を切断し、負極側外缶を除去する。

⑥ チャック固定ピンを戻し電池取り付けチャックを固定し、負極押し出しハンドルを時計方向に回すことで内部の負極押し出し棒によりセパレーターごと負極合剤を押し出し回収する。

⑦ ドリル電源コントローラーの電源を入れ、20rpm の回転数でドリルビットを回転さる。ドリル送りハンドルを回しドリルビットによって正極合剤を削り取り回収する。

⑧ 電池取り付けチャックから鉄外缶を取り外し回収する。

以上でアルカリ乾電池の解体と有価物の回収は終了する。マンガン乾電池では⑥の負極合剤回収部分を除いて同じであるが、炭素棒の抜出は廃乾電池では困難であるため、正極合剤切削時に同時に回収することもある。正極合剤回収後には鉄外缶と負極の亜鉛缶が残ることとなるが、亜鉛缶は固着していないためセパレータごと引き抜いた。

解体する廃乾電池のサイズごとに使用したドリルビットと押し出し棒のサイズを表1に示す。

表 1 使用した押し出し棒とドリルビットサイズ(mm)

アルカリ電池	マンガン電池
亜鉛部用押し出し棒（中心部）	マンガン部用ドリルビット（内周部）	マンガン部用ドリルビット（中心部）
単一	19.0	31.5	30.0
単二	12.8	22.0	22.0
単三	5.0	12.8	12.8
図 6 乾電池解体装置左側面（切断作業関連パーツ）

図 7 乾電池解体装置正面（內容物回收関連パーツ）
### 2.4 元素分析によるリサイクルプロセスの検討

#### 2.4.1 分析用消耗電池の作成

実際に回収された廃乾電池は製造メーカーも製造国も様々であるとともに、消耗度合いを確認することができない。そこで、化学分析用の試料として、新品のパナソニック製あるいはマクセル製の乾電池を購入し、電圧を測定しながら10Ωの抵抗によって放電させたものを用いた。通常、乾電池は機器が動作しなくなる約1.2Vでの廃棄、あるいは保管時の放電により0V付近まで低下していることが想定される。また、産業用機器では保守のため残電圧が十分あっても定期的に取り替えられる。そのため、1.5Vの新品の他に、残電圧1.2Vおよび0Vを加えた計3段階の乾電池を分析用の標準試料として使用した。

#### 2.4.2 元素组成分析

## (1) 金属類の分析

試料を均一化するため遊星型ボールミル (Fritsch 製 P-6 型) あるいは超硬乳鉢中で水と混練してスラリー状にした後、105℃で5日間乾燥させた。この固体試料約0.1 gに王水（濃硝酸1部＋濃塩酸3部）20mLを加え、沸騰状態で加熱した。二酸化窒素の発煙が止まったら王水10mLの追加を数回行い、金属成分を十分溶解させた。このとき、乾電池試料は王水でも溶解しない炭素粉末を含んでいるため完全溶解の判断が難しい。そのため、試薬の二酸化マンガンを同条件で同時処理し、これが完全溶解したことを確認することで王水溶解終了の参考とした。王水溶解液はADVANTEC製濾紙NO.6で濾過し、濾液全体を一定容積に希釈して原子吸光装置（島津製AA7000型）あるいはICP-MS（Agilent Technologies製7700X型）によって溶液中のMn、Zn、K濃度を測定し、固体試料中の含有量を求めた。

## (2) CHN 分析

試料中の炭素粉末含量を求めるため CHN 分析を行なったが、多量の亜鉛を含む試料であるため、0.3 mol/L 塩酸洗净で亜鉛を取り除いたのちに JIS M8819 に準拠して CHN 分析装置（Perkin Elmer 製 2400 II 型）により測定した。
#### 2.4.3 電池の消耗に伴う内部変化

限定的ではあるが、電池消耗による亜鉛缶腐蝕およびマンガン部固着現象を把握するため、乾電池の内部構造の差異をスポット蛍光X線およびX線CTにより分析した。

## (1) スポット蛍光 X 線

マンガン乾電池の正極合剤中の亜鉛の浸透を見るために、スポット蛍光X線解析装置（Ametek製ORBIS PC型）を用いた。完全放電させた電池を輪切りにし、直行する半径方向に7点づつ計14点の位置で、ZnおよびClの分析を行なった。マンガン電池は電解液に $ ZnCl_{2} $ を用いていることからClは均一に分布していると仮定し、Cl量を基準としてZnの過剰存在量を求めた。

## (2) X 線 CT

X 線 CT（テスコ製 HMX225-Actis+3 型）を用い、乾電池の内部状況を非破壊で観察した。印加電圧は 200kV とし、乾電池中央付近を輪切り方向のスライスを観察した。

#### 2.4.4 酸洗净による夾雑物除去

まず予備実験として、手作業によって解体したアルカリ電池の正極合剤（マンガン部）を、60℃の温水、室温0.1 mol/L 塩酸、室温0.5 mol/L 塩酸を用いて20分間攪拌洗浄して水洗後、乾燥物のカリウム含量を原子吸光法で測定した。液比は、正極合剤20 gに対して200mLの洗浄液を用いた。

乾電池解体装置によってアルカリ乾電池から取り出した正極合剤（マンガン部）に対しては、超硬乳鉢中で水と混練して均一化し、水を除くことなく105℃で恒量となるまで乾燥させたものを未洗浄試料とした。さらに、以下の4パターンの酸洗浄を実施した。

① $ 0.3 \, mol/L $ 塩酸 1 回 + 水 1 回

② $ 0.3 \, mol/L $ 塩酸 2 回 + 水 1 回

③ $ 0.3 \, mol/L $ 塩酸 2 回 + 水 2 回

④ $ 0.3 \, mol/L $ 塩酸 2 回 + 水 3 回

未洗浄試料を 15mL ファルコンチューブに約 1g 精秤し、0.3 mol/L 塩酸 10mL を加えて 20 分間水平振とうした。その後 1750G(3000rpm) で遠心し、上澄を捨てた。続いて、同量の水あるいは 0.3 mol/L 塩酸を加え、同様に振とう洗浄を行った。この洗浄パターンを上記の 4 パターンについて行い、最終的に得られた沈殿物を 105℃ で乾燥し、ICP-MS による元素組成分分析に供した。

### 2.5 廃乾電池からのマテリアルリサイクルシステムの経済性

月 100t 処理できる廃乾電池のリサイクルシステムを設営したと想定し、工場単位での経済性を試算した。計算方法の詳細は、結果と考察の項で述べる。
### 2.6 ボタン型電池のリサイクル

#### 2.6.1 ボタン型電池の選別

パナソニック製乾電池カタログからサイズや重量データを得、電池種類ごとの選別のための解析に用いた。

#### 2.6.2 廃棄時の危険性評価

## (1) 放電試料の作成

筒型電池と同様、各種放電状態のボタン型電池を準備した。ただし、ボタン型リチウム電池(CR)は初期電圧が3Vであるため廃棄時電圧を2Vと想定し、0Vまで完全放電させたものと合わせて3段階の放電状態の試料を準備した。

## (2) 解体による回収量

各種サイズのボタン型電池を手作業で解体し、正極端子、負極端子、セパレータ、正極活物質、負極活物質、ガスケットに分けて質量割合を測定した。

## (3) TG-DTA 分析

ボタン型電池のリサイクル時の危険性を評価するため、解体した各要素を TG-DTA（セイコーナノテクノロジー製 6200）を用いて熱分析に供した。測定条件は、約 1.0mg のサンプルを用い、アルミナセルにて空気気流下のオープンセル状態とし、開始温度 30℃、終了温度 700℃、昇温速度 10℃/min とした。また、各要素を混合したサンプルも同様に測定した。

さらに、不燃ゴミとして処理される過程でハウジングが破壊して電池内容物が他の有機ゴミと接触することを想定し、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル（PVC）などのプラスチック類、および紙原料であるセルロースと混合した試料についても同様に熱分析に供した。
### 3. 結果と考察

### 3.1 廃乾電池の資源量調査

#### 3.1.1 乾電池の国内生産量と廃棄量

現在使用されている乾電池を大きく分類すると、使い捨ての一次電池と充電式の二次電池に分けられる。近年、資源の有効利用の観点から通常の筒型乾電池と同サイズの充電式電池の利用が広がっているが、高価なことと電圧が若干低いため電子機器に使えないことが多く、従来型である使い捨てのアルカリ電池やマンガン電池も広く用いられている。

表 2 は、電池工業会がまとめた 2012 年における乾電池の国内生産量である [2]。数量基準では一次電池の方が生産量は多いが、単価が安いため生産額基準では二次電池の 1/10 程度を占めるにすぎない。マンガン電池に至っては既に国内生産量は極めて少なく、国内ブランドであっても海外生産による輸入によって市場が満たされている。

表 2 乾電池の国内生産量

電池の種類	国内総生産量	平均単価
(億個)	(億円)	(円／個)
一次電池	アルカリ電池	8.7	363	42
マンガン電池	-	-	-
酸化銀電池(主にボタン電池)	8.1	124	15
リチウム電池(主にボタン電池)	6.7	224	33
一次電池合計	23.5	712
二次電池	リチウムイオン電池	8.9	2,816	316
ニッケル水素電池	3.8	1,926	507
アルカリ蓄電池	1.7	211	124
鉛蓄電池	0.3	1,618	5393
二次電池合計	14.7	6,571

※経済産業省機械統計 2012 を元に電池工業会が発表したものを改変した。

※マンガン電池の国内生産量は極めて少なくなったため、2011年以降統計上は酸化銀電池の中に集計されている。
一次電池の国内年間消費量を 2012 年の経済産業省機械統計 $ ^{[3]} $ および財務省貿易統計 $ ^{[4]} $ から推定した結果を表 3 に示す。この推定では、家庭や事業所での保管量や販売店での在庫は考慮していないが、推定された国内消費量は廃棄量にほぼ等しいとみなすことができる。

通常の筒型電池では、アルカリ電池は国内生産量に匹敵する量が輸入されており、マンガン電池に至ってはほぼ全量が輸入品となっている。重量換算基準でみたところ、筒型一次電池は年間約6万トンが消費されていると試算された。これら筒型一次電池は使い捨てであるため国内で廃棄処分されることとなり、このうち年間1,000トンあまりが水銀処理施設で廃棄処理されているが $ ^{[8]} $ 、それ以外は国内の埋め立て最終処分場に蓄積されていることになる。

一方、ボタン型電池である酸化銀電池やリチウム電池は国内生産量の約半数が輸出されており、国内経済に大きく貢献しているといえる。しかし、ボタン型電池は小型で軽量なため、重量換算基準でみれば、それほど多くの量が廃棄されているわけではない。

2012 年の日本の人口は 1.27 億人であることから、筒型一次電池の年間消費量は約 16 個/人あるいは約 0.5kg/人と推定される。ただし、この量は事業所からの消費量も含まれている。また、筒型一次電池の年間消費量を元に試算すると、廃乾電池の回収率が 100%に達した場合は、月 100t ほど処理できる規模の処理工場が全国に 50 工場ほど必要となる。

表 3 一次乾電池の国内年間消費量 2012

国内生産量(億個)	輸出量(億個)	輸入量(億個)	国内消費量(推定)
(億個)	(万 t)
アルカリ電池	8.7	0.6	9.0	17.1	5.0
マンガン電池	-	0.1	2.0	1.9	1.1
酸化銀電池	8.1	4.5	0.1	3.7	0.04
リチウム電池	6.7	4.1	1.2	3.8	0.11
その他	-	0	0.5	0.5

※2012年経済産業省機械統計および財務省貿易統計より国内消費量（即ち廃棄量）を推定した。※元となる統計データは電池の個数で発表されているため、重量換算時にはアルカリ電池やマンガン電池のサイズ別比率である後述の回収実測データと標準的な1本あたりの重量を勘案して推定した。また、酸化銀電池とリチウム電池では、代表的なSR41およびCR2032の1個あたりの重量から推定した。
#### 3.1.2 廃乾電池含有成分の潜在価値

廃乾電池をマテリアルリサイクルできると仮定して、有価物である亜鉛、マンガン鉱石、鉄スクラップの市場価格を調査した $$ 1,5-7 $$ 。

図 8 に、各有価物の建値と、金属含有率から見積もった廃乾電池の潜在価値を示す。いずれも 2008 年の北京オリンピック前に価格が高騰したが、オリンピック終了およびリーマンショック等を理由に下降した。特にマンガン鉱石は中国からの輸入量が多いため、レアメタルとして政治的影響も受けている。

廃乾電池に含まれる有価物の潜在価値は、最高値は2007年の75.2円/kg、最安値は2005年の37.6円/kgと試算され、2009年以降は40～50円/kgで推移している。このように、世界経済情勢によって原料価格が2倍以上変動するため、国内資源のリサイクル利用により供給量および原料価格変動を吸収することが望まれる。なお、単一サイズの乾電池は1個95～133g、単三サイズは17～23gであるため、廃乾電池1kgとは単一乾電池で約10個、単三乾電池で約50個に相当する量である。

月 100t ほど処理できる廃乾電池処理工場を想定すると、処理できる有価物の潜在価値は年間 6000 万円に達する。

図８ 乾電池構成成分の建値と廃乾電池 1kg 当りの潜在価値
#### 3.1.3 廃乾電池の回収量

リサイクル可能な資源量が集荷可能かどうか確かめるため、九州地区の各市町村での廃乾電池回収量および中間処理価格の聞き取り調査を行った。表4に結果をまとめる。ここで、調査対象人口とは、乾電池の分別回収を行っていて排出量が確認された自治体に居住する人口である。例えば福岡市は乾電池の分別回収をせず不燃ごみとして取り扱っているため、調査対象に含まれていない。なお、ここでの排出量は家庭からのものであり、事業所からのものは含まれていない。

この調査から、市町村は分別回収した乾電池に対して、約80円/kgの中間処理コストをかけて処分していることがわかった。長崎県は埋立地が少ないためか、若干コストが高いようである。これらのコストは中間処理業者の収益となっているが、リサイクルする場合は廃乾電池の潜在価値に上乗せされることとなる。従って、乾電池のマテリアルリサイクルにおいては、金属成分の売却益に中間処理費を加えた120〜130円/kg程の収益が最大で期待できることになる。

地区により一人当たりの排出量にはバラツキがある。これは、一人当たりの乾電池使用量が同じであるとすれば、リサイクルに対する意識の違いや回収システムの違いが現れているといえよう。また、3.1.1 項で示した生産量と輸出入量からの試算は事業所からの排出量も含まれていることになるが年間約 0.5 kg/人の一次乾電池が使用されていることになり、分別回収が推進されている地区でも約半量が不燃ごみとして廃棄されていると予想される。また、分別回収が行なわれていない地区は、当然ながら全てが不燃ごみとして廃棄されていることとなる。

月 100t ほど処理できる廃乾電池処理工場を想定すると、自治体からの中間処理費を現況通りに受け取った場合、金属売却益と合わせた収益は約 1200 万円/月となるため、人件費や設備コストをかけても利益をあげる可能性はあると考えられる。ただし、現在回収できている乾電池量は 900t/年程度であるため、現況の回収システムで月 100t の資源量を確保するには、九州圏内に 1 工場程度しか立地できないことになる。この場合、多大な輸送コストがかかるため、分別回収率を上げたり産業廃棄物からの原料供給策が必要となる。

調査対象人口と実際の総人口を比較することにより、現在の回収システムが全市町村で実施されたとしたときの、廃乾電池の排出量とその中間処理に必要な費用を推定した結果を表5に示す。この場合、九州圏内から年間約2.7千tの乾電池が回収でき、その中間処理費として年間2億円強が必要となる。この処理費の大半は、現在は不燃ごみの処理費として市町村が負担していると考えられ、これをリサイクル費用に振り替えることは政策的にも可能であろう。また、回収率100%が達成した場合はさらに回収量が増え、生産量から推定した一人当たり約0.5kg/年の値から見積もると年間約5億円の中間処理費をリサイクル費用に振り替えることができると試算される。