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やすはるえんの
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1 ル需特希少金属備蓄部長馬場洋三はじめにレアメタルは耐熱耐食磁性蛍光等の金属特性を活用して産業全般で幅広く利用されている特に日本経済を支えるハイテク産業において製品の小型化軽量化高機能化や省エネルギーの諸点で日本の国際競争力の維持発展に欠かせない素材となっている近年の地球温暖化を始めとする環境問題の世界的な意識の盛り上がりから低炭素化社会循環型社会の実現に向けてクリーンエネルギーとしての新エネルギー ( 太陽電池燃料電池風力発電等 ) の導入拡大が積極的に国家目標として挙げられるに至っているさらに新エネルギーに係る産業は日本の新しい産業として発展が期待されているレアメタルの新たな需要分野として新エネルギー省エネルギーの開発動向に注視しておく必要がある太陽電池 ( 太陽光発電 ) では現在シリコン系が主流であるが化合物系 (CIGS 等 ) ではインジウムガリウムセレン等のレアメタルが使用されるまた色素増感型有機薄膜型量子ドット型等の新しいタイプの太陽電池の研究開発も活発化している燃料電池には大きく 4 種類のタイプがあるが家庭用等で一部実用化も始まっている定置用固体高分子型燃料電池 (PEFC) には触媒電極にプラチナ燃料改質触媒にはニッケルアルミニウム等が使用されているまた大型風力発電ではネオジ鉄ボロン磁石が使用されている新エネルギーの導入拡大に当たっては既存送電システムとの間で円滑な連携が必要であり新エネルギー技術で発電された電力を貯蔵する蓄電池やスマートグリッド技術の開発も重要である新エネルギーの積極的な導入促進はレアメタルの新たな需要増加要因になることから使用される素材の安定供給確保を検討する基礎的資料を得るため ( 株 ) 三菱総合研究所に新エネルギー ( 太陽電池風力発電燃料電池及び蓄電池 ) の使用素材の状況導入拡大への課題さらにレアメタル等使用素材の需要増加を試算させたので概要を報告するなお新エネルギー ( 太陽電池風力発電燃料電池及び蓄電池 ) については活発な研究開発 ( 材料開発等による効率性向上使用原単位の低下経済性向上等 ) が行われていることそれぞれの新エネルギー技術間の競争もあり今回の 2020 年の構成素材に使用されるレアメタル等の需要推定はあるシナリオに基づいたあくまで試算の値であることに留意願いたい 1. 太陽電池太陽電池はシリコン半導体等に光が当たると電気リコン薄膜シリコン化合物系 (CIGS)} についてが発生する現象を利用し太陽の光エネルギーを直接需要動向を検討することとした電気に変換する発電方法である太陽電池は半導体材なお化合物系については Ⅲ - Ⅴ 族 (GaAs, InP) 料によってシリコン系 ( 単結晶多結晶薄膜アは発電効率が高く宇宙用等特別な用途に限られるこモルファス等 ) 化合物系 {Ⅱ - Ⅵ 族系 :CdTe, CIS と Ⅱ - Ⅵ 族系 CdTe は欧米市場においては市場投入 (CIGS) Ⅲ - Ⅴ 族 (GaAs, InP)} その他( 色素増感されているが我が国においては Cd に対する認識が厳型有機薄膜型等 ) に分類されている各種の太陽電しいため国内市場へは投入されていないことから今池の研究開発も活発に行われているが現在既に実回の調査では除外した用化されている太陽電池 { 多結晶シリコン単結晶シ金属資源レポート 227 (734) 要新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要集連載新エネルギー導入促進に伴うレアメタ

㪠㪫㪦特集連載㪞㫃㪸㫊㫊㪠㪫㪦㫀㩷㪸㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐㫀㩷㪸㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐㪫㫀㩷㪦㫏㫀㪻㪼㫀㩷㪸㵥㪪㫀㪞㪼㩷㪘㫃㫃㫆㫐㫄㪺㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐㫀㩷㪸㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要㫀㩷㪸㵥㪪㫀㪞㪼㩷㪘㫃㫃㫆㫐㪱㫀㪺㩷㪦㫏㫀㪻㪼㪘㫃㫌㫄㫀㫌㫄㪱㫀㪺㩷㪦㫏㫀㪻㪼㪘㫃㫌㫄㫀㫌㫄㪱㫀㪺㩷㪦㫏㫀㪻㪼㪘㫃㫌㫄㫀㫌㫄㪪㫋㪸㫀㫃㪼㫊㫊㩷㪪㫋㪼㪼㫃

2 㪠㪫㪦特集連載㪞㫃㪸㫊㫊㪠㪫㪦㫀㩷㪸㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐㫀㩷㪸㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐㪫㫀㩷㪦㫏㫀㪻㪼㫀㩷㪸㵥㪪㫀㪞㪼㩷㪘㫃㫃㫆㫐㫄㪺㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐㫀㩷㪸㵥㪪㫀㩷㪘㫃㫃㫆㫐新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要㫀㩷㪸㵥㪪㫀㪞㪼㩷㪘㫃㫃㫆㫐㪱㫀㪺㩷㪦㫏㫀㪻㪼㪘㫃㫌㫄㫀㫌㫄㪱㫀㪺㩷㪦㫏㫀㪻㪼㪘㫃㫌㫄㫀㫌㫄㪱㫀㪺㩷㪦㫏㫀㪻㪼㪘㫃㫌㫄㫀㫌㫄㪪㫋㪸㫀㫃㪼㫊㫊㩷㪪㫋㪼㪼㫃㪪㫋㪸㫀㫃㪼㫊㫊㩷㪪㫋㪼㪼㫃䋨㪸䋩㪪㫀䉶䊦䈱 ㅧ 䋨Ꮐ 䋺 නធว䉶䊦䇮 ਛᄩ 䋺㪉ធว 䋨䉺䊮䊂䊛䋩䉶䊦䇮 ฝ 䋺㪊ធว䉶䊦䋩㪤㪾㪝㪉㪇㪅㪈㱘㫄㪇㪅㪌㵥㪈㪅㪌㱘㫄㪞㫃㪸㫊㫊㪠㪫㪦㪆㪱㪦㪇㪅㪇㪊㵥㪇㪅㪇㪌㱘㫄㪚㪻㪪㪈㪅㪌㵥㪉㪅㪇㱘㫄㪚㫌㫃㪞㪸㪪㪼㪉㪇㪅㪌㵥㪈㪅㪌㱘㫄㪤㫆㪇㪅㪌㵥㪈㪅㪌㱘㫄㪇㪅㪇㪊㵥㪇㪅㪉㱘㫄㪠㪫㪦㪆㪫㪦㪆㪚㪫㪦㪚㪻㪪㪉㪅㪇㵥㪌㪅㪇㱘㫄㪚㪻㪫㪼㪞㫃㪸㫊㫊㪆㪪㪪㪆㪧㫆㫃㫐㫄㪼㫉㪚㫆㫋㪸㪺㫋䋨㪹䋩㪚㫃㪞㪪䉶䊦䈱 ㅧ 䋨㪺䋩㪚㪻㪫㪼䉶䊦䈱 ㅧ 䋨䋺㪟㪸㫉㫀㩷㪪㪅㩷㪬㫃㫃㪸㫃䇮㵰㪫㪿㫀㩷㪝㫀㫃㫄㩷㪪㫆㫃㪸㫉㩷㪜㫃㪼㪺㫋㫉㫀㪺㩷㪫㪼㪺㪿㫆㫃㫆㪾㫀㪼㫊㵱䇮 น 䉣䊈䊦䉩䊷 ᚲ 䋨㪥㪩㪜㪣䋩䇮㪪㫆㫃㪸㫉㩷㪧㫆㫎㪼㫉㩷㪉㪇㪇㪍䇮䉰䊮䊉䉷䋨㪉㪇㪇㪍ᐕ㪈㪇䋩䋩出典新エネルギー産業技術開発機構図 1. 各種太陽電池のセル構造 1-1. 太陽電池の素材構成概要シリコン系のモジュールについては平成 18 年度の独新エネルギー産業技術開発機構以下 NEDO とする太陽光発電システム共通基盤技術研究開発太陽光発電システムのライフサイクル評価に関する調査研究報告書のモジュール寸法出力シリコンウエハ厚さから試算した表 1. 太陽光発電 g/kw 化合物系系 CIGS の使用原単位については平成 2008 年 7 月の独産業技術総合研究所第 4 回太陽光発電研究センター成果報告会発表資料から Cu:15.0g/kW In:16.3g/kW Ga:6.7g/kW Se:37.3g/kW を用いた太陽電池の出力当たり使用素材原単位単結晶シリコン多結晶シリコン薄膜シリコンアモルファス薄膜シリコン微結晶 CIGS 金属資源レポート平成 18 年度委託成果報告書太陽光発電技術開発動向等の調査 Si 2, , Cu In Ga Se

3 1-2. 次世代型太陽電池の素材構成概要ル需要現在の太陽電池の最大の課題は経済性にある低価格発電効率の大幅向上を目指して NEDO ( 独 ) 産業技術総合研究所を中心に産官学が連携して色素増感型太陽電池有機薄膜型太陽電池や量子ドット型研究開発が鋭意進められている有機薄膜型太陽電池表 2. 色素増感型太陽電池酸化チタン微粒子の表面に吸着した色素が光を吸収して電子を発生する型の太陽電池で色素として幅広い太陽光の波長を吸収できるルテニウム錯体が使われている貴金属のルテニウムを含まない有機色素を使った太陽電池も開発されている色素増感型太陽電池の出力当たり使用素材原単位 Sn Ti Ru Zr 色素増感太陽電池 (g/kw) , 種類の導電性を持つ有機材料 ( 導電性ポリマーフラーレン等 ) を基板上に塗布して薄膜を形成でき非常に安価に製造可能である発電効率及び耐久性の向上が課題で材料開発等が活発に行われている 2. 風力発電風力発電はローター ( ブレードハブ ) ナセルタワーから構成されるナセル内にはギアボックスや発電機制御関連等が収容されている米国エネルギー省の調査 20% Wind Energy by 2030 の 4MW 級風力発電の主要な素材構成や Martinez らの分析 (2MW の風力発電のケースで発電機重量が 6.5t) 等を基に使用素材原単位を算出した大まかな構造材料と ( 出典 :H Greijer et al. Environmental aspects of electricity generation from a nanocrystalline dye sensitized solar cell system ) 表 3. 風力発電の出力当たり使用素材原単位 Fe Al Cu B Nd Dy 風力発電全体 (kg/kw) 永久磁石 (g/kw) 燃料電池燃料電池は主に水素を燃料として化学反応によって直接発電する発電装置の一種でイオンを通す電解固体高分子形 (PEFC) リン酸形 (PAFC) 質の種類によって以下のように主に 4 種に分類されている溶融炭酸塩形 (MCFC) スタック電解質固体高分子膜リン酸水溶液炭酸塩ジルコニア系セラミック系作動温度 70 ~ ~ ~ 1000 拡散種 ( イオン ) 水素イオン H + 水素イオン H + 炭酸イオン CO システム燃料水素水素水素一酸化炭素発電効率 (HHV) 特徴表 4. 燃料電池の種類特固体酸化物形 (SOFC) 金属資源レポート 229 酸素イオン O 2 - 水素一酸化炭素 30 ~ 40% 35 ~ 42% 40 ~ 60% 40 ~ 65% 低温作動分散型電源小型携帯電源 ( 実用化 ) 移動体電源に適用量子ドット型太陽電池基板にナノメートル程度の微細な半導体粒子 (InGaAs 等 ) を作り込み粒子の大きさを変えることにより幅広い太陽光の波長を吸収できる理論的には発電効率が 60% 以上と考えられているしては鉄銅アルミニウムといったベースメタルが使用され 4MW 級風力発電の発電機部分永久磁石が風力発電全体の 0.08%( 発電機に対しては 3%) 使用されている永久磁石式発電機を利用した風力発電が今太陽電池等の次世代型太陽電池として基礎研究後導入拡大していくと推定されることからネオジ鉄ボロン磁石 ( 重量構成比 : ネオジウム 28% ジスプロシウム 5% ボロン 1% 鉄 66%) として試算した貴金属不要高効率発電ガスタービンとのコンバイン発電による高効率発電が可能貴金属不要高効率発電ガスタービンとのコンバイン発電による高効率発電が可能 ( 出典 :NEDO 燃料電池水素技術開発パンフレット ) (736) 集連載新エネルギー導入促進に伴うレアメタ

特集連載 PEFC PAFC MCFC については既に市場に投入されているただし PAFC MCFC については採用実績はそれほど多くなく SOFC はまだ研究開発段階の技術である燃料電池のなかで今後の市場拡大が期待されているのは定置用固体高分子形燃料電池 PEFC Polymar Electrolyte Fuel Cell であり主要金属としては

4 特集連載 PEFC PAFC MCFC については既に市場に投入されているただし PAFC MCFC については採用実績はそれほど多くなく SOFC はまだ研究開発段階の技術である燃料電池のなかで今後の市場拡大が期待されているのは定置用固体高分子形燃料電池 PEFC Polymar Electrolyte Fuel Cell であり主要金属としては触媒電極に含まれる Pt 燃料改質触媒に含まれる Ni 表 5. 定置用 PEFC の出力当たり使用素材原単位新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要 Pt 6.5 定置用 PEFC g/kw 表 6. 定置用 SOFC g/kw Al 等パワーコンディショナーに含まれる Al Cu が挙げられるまた定置用燃料電池では PEFC に続いて SOFC の市場投入が期待されている NEDO の燃料電池水素技術開発ロードマップ 2008 及び英国貿易産業省 DTI, the Department of Trade and Industry の委託報告書である Environmental Emissions of SOFC and SPFC System Manufacture and Disposal から使用素材原単位を試算した Ni 12 Al Zn 0.4 定置用 SOFC の出力当たり使用素材原単位 Zr Mn Sr La Y Ni Al Mg 出典 M. Pehnt, Life-cycle Assessment of Fuel Cells in Mobile and Stationary Applications 4. 蓄電池太陽電池や風力発電の普及拡大に伴って配電線の電圧上昇や電力周波数の変動電力需給バランスの不均衡等電力系統に対する影響が指摘されているこうした課題に対して電力系統や家庭等の需要家に蓄電池を設置することは有力な対策とされナトリウムイオウ電池 NAS 電池や鉛蓄電池が実際に使用されているまたニッケル水素電池やリチウムイオン電池の技術開発も進められている鉛蓄電池表 7. 鉛蓄電池の容量当たり使用素材原単位単位 g/kw Pb 16,333 鉛蓄電池ナトリウム負極電解質としてのベータアルミナ管が単電池における主要な構成要素であるセパレータという蓄電池の主要部品に加え端子ガラスマット電槽等がある NAS 電池モジュールにおいては単電池間にナトリウム固化用の砂が充填される構造となっている NAS 電池に対しては現在製造しているメーカーが日本ガイシ株一社のみであることもありその素材構成は明らかにされていないため米国 NREL 1992 年調査での ABB 設計の 50kWh の NAS 電池にナトリウムが 40kg 0.8kg/kWh 硫黄が 60kg 1.2kg/kWh から使用素材原単位を推定した Cu 72.2 表 8. NAS 電池の容量当たり使用素材原単位単位 g/kw ナトリウムイオウ電池 NAS 電池 NAS 電池の主要な構成要素を図 2 に示す硫黄正極 Na 800 NaS 電池 S 1,200 ᱜ ሶ ሶ ǩ ࡓ 㔚㤛㔚ᳰኈ ᢿᾲኈ ᧄ ਥ ࡅ 㧔ㇱ㧕出典日本ガイシ HP 図金属資源レポートナトリウムイオウ電池 NAS 電池の主要な構成要素

5 * ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池ル需要新エネルギー用蓄電池として基礎研究研究開発がては黒鉛及びチタン酸リチウムが使用されているが将来的にはスズやケイ素を用いた合金リチウム特7 7 ニコマイスガ白ッバンントリ金ミケウガジロウンムチウムナマケル硫トグイテ黄リネ素ニウムNd La Dy Y Mm Li B Ti Se Zr Na Mg Si Ru 進行している電池はニッケル水素電池及びリチウム金属等が有望な材料として期待されている本検討にイオン電池である現在リチウムイオン電池においおいては三元系を前提とし三元素が均等に含まれて金属資源レポート 231 て正極材料としては層状酸化物系 (LiNi⅓Mn⅓ いるとして原単位を設定した Co⅓O₂ 等のいわゆる三元系 ) スピネル系及びオリビまたニッケル水素電池については希土類系水素ン系で主として開発が進められている負極材料とし吸蔵合金を使用する AB5 系の値を用いた表 9. リチウムイオン電池及びニッケル水素電池の容量当たり使用素材原単位 ( 単位 :g/kw) Li Ni Co Mn Mm リチウムイオン電池ニッケル水素電池 - 1, ,200 Mm: ミッシュメタル表 10. 新エネルギー技術におけるレアメタル等素材の使用原単位のまとめ (6 ) 銅ベースメタルア鉛亜ス鉱種鉄ル鉛ズ備蓄対象要注視ニルムンウクリーンエネウム主要構成部品ルギー技術ムFe Cu Al Pb Zn Sn Ni Co Mn In Sr Ga Pt kg g kg kg g g kg g g g g g g 単結晶シリコン多結晶シリコン太陽光発電薄膜シリコン ( アモルファス ) (kw 当たり ) 薄膜シリコン ( 微結晶 ) CIGS 系色素増感型 120 風力発電 (kw 当たり ) 燃料電池 PEFC (kw 当たり ) SOFC ニッケル水素電池蓄電池リチウムイオン電池 (kwh 当たり ) NAS 電池鉛蓄電池ウシクリーンエネムウ主要構成部品ムルギー技術 S g g g g kg g g kg g g g g kg g kg 単結晶シリコン 2.85 多結晶シリコン 2.89 太陽光発電薄膜シリコン ( アモルファス ) 0.01 (kw 当たり ) 薄膜シリコン ( 微結晶 ) 0.05 CIGS 系 37.3 色素増感型風力発電 (kw 当たり ) 燃料電池 PEFC (kw 当たり ) SOFC ニッケル水素電池 1.20 蓄電池リチウムイオン電池 140 (kwh 当たり ) NAS 電池鉛蓄電池希土類元素その他のレアメタルその他元素ネオジムディスプロシウムジルコニウムランタンイットリウムミッシュメタルリチウムホウ素チタンセレン(738) 集連載新エネルギー導入促進に伴うレアメタ

6 特集連新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要232 銀金銅硫黄ヒ素白金スズ亜鉛カドミウチタンテルルセレンレニウムタケリイウ素ムバリホウウム素ガリウムニックケロルムハフニウムルテニウムアンビチスマモンスセベシリリウムウムカルリビジウムウムリナチトウリムウムサネオマジリムウム(希ニ土オ類ブ)バイナンジジウウムムモリマブンデガンンジルコニウムゲルマニウムマグカネルシシウウムムイッラトンリタウンムスパラカジンウジムウムタンコグバスルテトンアルミ鉛ニウムストタンロタンルチウムデミィッスシプロュシメウタムル載クリーンエネ表 11. 新エネルギー技術におけるレアメタル等素材の含有可能性のまとめその他の元素鉄主要構成部品部品材料種 Cd n 層 p 層シリコン結晶シリコン系界面層 ZnO SnO2 電極 Al Ag 反射防止膜 MgF2 透明電導膜 ITO/ZnO CIGS 系界面層 CdS 光吸収層 CuInGaSe2 裏面電極 Mo 色素増感型ハブ鉄ルギー技術太陽光発電システム風力発電システム燃料電池システム ( 定置用 PEFC) 燃料電池システム ( 定置用 SOFC) 蓄電池システム金属資源レポート (739) ガラス繊維強化プラ炭素繊維強化プラ接着剤希土類磁石その他ロータブレードギアボックスナセル発電機フレームタワー触媒電極 Pt Ni Mn Co 電解質固体高分子膜セパレータ SUS 材改質触媒燃料電池スタック燃料処理装置触媒 CO 変成触媒 CO 除去触媒 YSZ(Y, Sc, Zr) ランタンガレート系 (LaGaO3) ScSZ LaSrMn 酸化物 LaSrCoFe 酸化物とセリア中間層 SmSrCo 酸化物 NiYSZ Ni- セリア系 Ni-ScSZ 系電解質燃料電池スタック電極活物質鉛電解液硫酸水溶液鉛蓄電池格子合金鉛合金セパレータポリエチレン接合部銅正極ニッケル合金カリウムリチウム系カリウムリチウムナトリウム系希土類系合金 Ti/Zr 系合金 Laves 相系合金コバルト系マンガン系三元系 (Ni-Mn-Co 系 ) リン酸鉄系有機電解質系ポリマー系イオン液体系酸化物系 ( ペロブスカイト型 ) 酸化物系 ( ナシコン型 ) 硫化物系黒鉛系合金系酸化物系 Li 金属系電解質ニッケル水素電池負極正極リチウムイオ電解質ン電池負極正極硫黄電解質アルミナ負極ナトリウムナトリウムイオウ電池 : 主要な成分を占める元素 : 添加材的に付加される元素

7 5. 新エネルギー導入拡大に伴う素材需要 ( 試ル需要算 ) 年度の新エネルギー導入シナリオ太陽光発電等の新エネルギーの将来導入見通しについては経済産業省資源エネルギー庁による長期エネルギー需給見通し (2008 年 5 月 ) 環境省の低炭素社会構築に向けた再生可能エネルギー普及方策検討会 (2009 年 2 月 ) 等で発表されている図 3. 長期エネルギー需給見通しにおける新エネルギー導入量 ( 資源エネルギー庁 ) 表 12. 長期エネルギー需給見通しにおける新エネルギーの最大導入ケース 2005 年度 2020 年度 2003 年度単位実績最大導入ケース最大導入ケース太陽光発電万 kl ,300 万 kw 142 1,432 5,321 風力発電万 kl 万 kw 廃棄物発電 +バイオマス発電万 kl 万 kw バイオマス熱利用万 kl その他 1 万 kl 合計万 kl 1,160 2,036 3,202 1 その他には太陽熱利用廃棄物熱利用未利用エネルギー黒液廃材等が含まれる ( 注 : 万 kl で示された数値は原油換算値である ) 2020 年度における新エネルギー導入予測量については太陽光発電及び風力発電 ( 資源エネルギー庁長期エネルギー需給見通しの 2020 年度最大導入ケース ) を燃料電池 ( 独立行政法人新エネルギー総合開発機構の水素経済社会移行シナリオ等研究における定置用燃料電池市場予測結果のシナリオ 2-1 ) を蓄電池 ( 経済産業省の低炭素電力供給システムに関する研究表 13. 新エネルギーの国内導入予測量 2020 年太陽電池 ( 万 kw) 1,432 風力発電 ( 万 kw) 491 燃料電池 (PEFC) ( 万 kw) 76 (SOFC) ( 万 kw) 82 蓄電池 ( 万 kwh) 1,000 会の新エネルギー用蓄電池の将来必要量シナリオ Ⅱ を採用した 2020 年度における太陽電池及び蓄電池の技術別シェアを上記のように仮定し新エネルギー国内導入量太陽電池蓄電池技術別シェア及び素材使用原単位から 2020 年度における各素材の使用量を推定した表 14. 太陽電池及び蓄電池の技術別シェア ( 仮定 ) 太陽電池 2020 年度蓄電池 2020 年度シリコン系 ( 結晶 ) 50% NAS 電池 30 ~ 85% シリコン系 ( 薄膜 ) 30% 鉛蓄電池 5 ~ 30% 化合物系 (CIGS) 15 ~ 20% リチウムイオン電池 5 ~ 30% 色素増感 0 ~ 5% ニッケル水素電池 5 ~ 10% 金属資源レポート 233 特(740) 集連載新エネルギー導入促進に伴うレアメタ

8 表年の主要素材使用量推定結果 2020 年特集連載ケイ素全体 20,000 t ニッケル 1,500 3,400 t プラチナ 5t マンガン 200 1,200 t ジルコニウム新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要インジウムガリウムセレンネオジウムジスプロシウム t t t 120 t 20 t ミッシュメタル t リチウムコバルトナトリウム硫黄 t 400 1,600 t 2,400 6,800 3,600 10, 年日本の需要量出典金属シリコン約 24 万 t 内訳 PV FC 400 約 19 万 t BT 1,100 3,000 FC 約 34 t FC 20 Mn 系合金鉄 BT 200 1,200 PV FC PV PV PV WT WT FC BT BT BT BT BT 特殊金属 P 報告約 105 万 t 特殊金属 P 報告約 9,900 t 約 860 t 約 122 t 約 220 t 輸出約 570 t 約 4,600 5,000 t 約 t ,200 約 2,500 t 炭酸 Li 約 13,000 t 約1万5千 t 特殊金属 P 報告注三菱総研報告書を加筆修正 PV 太陽電池 WT 風力発電 FC 燃料電池 BT 蓄電池太陽電池材料についてはシリコン系の主要構成元素であるケイ素は約 2 万 t 化合物系 CIGS の主要構成元素ではインジウム最大約 50t ガリウム最大約 20t セレン最大約 110t という推計結果となった燃料電池材料については PEFC の触媒に使用されるプラチナが 5t 風力発電の希土類磁石材料に使用されるネオジウムが 120t ジスプロシウムが 20t という推計結果となった蓄電池用材料についてはニッケル最大約 3,400t コバルト最大約 1,600t マンガン最大約 1,200t リチウム最大約 400t ミッシュメタル最大約 1,200t ナトリウム最大 6,800t 硫黄最大 10,000t という推計結果となった 6. おわりに地球温暖化を始めとする環境問題の世界的な意識の盛り上がりから低炭素化社会循環型社会の実現が求められているさらには日本の新しい産業として発展が期待されるクリーンエネルギーとしての新エネルギー太陽電池燃料電池風力発電等の導入拡大が積極的に国家目標 2020 年太陽電池の導入量を 2005 年比 20 倍として挙げられるに至っている新エネルギー導入拡大には各種の課題経済性社会的受容性出力の不安定性環境問題等を抱えているが積極的な政策支援策も打ち出されていることから技術開発が進展し真に経済性のあるクリーンなエネルギー源として利用が拡大されることが望まれる今回の 2020 年における新エネルギー導入拡大に伴う構成素材使用量推定結果ではインジウムガリウムプラチナコバルト及びミッシュメタルの推定使用量は現在の日本の需要量に比較して大きいと判断される上記の金属の安定供給を図る上で太陽電池化合物系 CIGS の生産技術開発動向燃料電池 PEFC の家庭向けエネファームの販売状況及びプラチナ触媒の代替材料開発動向燃料電池 SOFC の生産技術開発動向さらには系統連携円滑化におけるニッケル水素電池の使用状況に注目しておく必要があるなお今回の素材使用量推計は経済産業省の長期金属資源レポートエネルギー需要見通し 2020 年太陽電池の導入量を 2005 年比 10 倍を基礎としている洞爺湖サミット以後我が国においては積極的な政策支援等も打ち出されていることから各種構成素材の推定使用量は今回の推定結果よりさらに大きくなると推定される一方使用原単位は主に文献から求めているため近年の活発な材料開発状況等が十分に反映されていないことから推定結果より少なくなると推定される参考新エネルギー導入拡大への課題と技術開発動向１太陽電池経済性発電コストの低減が最大の課題でありより高効率な太陽電池が求められているまた発電出力が気象条件に左右されることから調整電源や蓄電池の設置による安定供給を実現するための技術や気象予測システムの構築精度向上等の技術開発が行われている原材料の調達シリコン系では原料シリコンの需給逼迫も経験した CIGS 系についてもインジウム等の希少金属の価格動向に留意する必要がある使用原単位の削減代替物質の開発生産性向上等の取組みが進められている

9 ３風力発電出力の不安定性カットインカットアウトによる出力変動カットイン風速が発電に必要な水準に達し発電を開始することカットアウト強風等の理由により発電を停止することや風況の不安定に起因する出力変動夜間の低負荷時における余剰電力の発生等が挙げられるこれに対し風況シミュレーション技術の開発や風況に優れた洋上風力発電技術の開発風車設計技術エネルギー変換 / 貯蔵技術の開発小型風力発電技術の開発等の様々な技術開発が進められている調整電源や蓄電池の設置による安定供給を実現するための技術や気象予測システムの構築精度向上等の技術開発もなされている経済性風車の故障事故といったトラブルによる４蓄電池の課題経済性新エネルギー用蓄電池の導入拡大における最大の課題はコストであるレアメタル等材料価格の変動や製品の寿命が短いことが課題として挙げられる材料コスト低減の技術代替材料開発使用量低減技術や耐久性向上に向けた技術開発がなされている低エネルギー密度電極の容量密度の低さ実用 SOC 充電状態 State of Charge 範囲の狭さセル電圧のばらつきの発生充放電効率の悪さ等が課題として挙げられる住宅に蓄電池を設置する場合には設置スペースが限られているため高エネルギー密度化が求められることとなる電池を構成する負極正極の容量密度向上等の要素技術開発を中心に充放電機構や劣化機構の解明等の基盤技術出力の制御技術等の取組みが進められている技術面高温時や低 SOC 時に寿命や性能が劣化することが課題である高温に強い電極電解質の開発低 SOC で使用しても性能が劣化しないような制御技術等の技術開発が進められている社会的受容性リチウムイオン電池では安全性への不安が大きな課題となっており電解液や正極活物質の改良等による安全性向上に向けた取組みが進展している参考文献 1. 株式会社三菱総合研究所平成 20 年度クリーンエネルギー導入拡大に係るレアメタル需要動向調査独石油天然ガス金属鉱物資源機構内部資料 2. 独新エネルギー産業技術開発機構平成 18 年度委託成果報告書太陽光発電技術開発動向等の調査 3. 独新エネルギー産業技術開発機構平成 18 年度委託成果報告書太陽光発電システム共通金属資源レポート新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要２燃料電池経済性定置用燃料電池については家庭における他熱源機器ガス給湯器エコキュート等に対し競争力ある価格での販売が不可欠であり発電原価低減が課題となっている触媒等プラチナやルテニウムの代替材料開発使用量低減技術開発や量産技術の開発による低コスト化システム評価解析手法の確立スタックの高耐久化量産技術の確立といった技術課題の解決に取組んでいるまた膜電極触媒セパレータ等の共通的な要素技術を対象として耐久性向上に係る技術開発も進められている技術的制約に関して PEFC では次世代 MEA セルスタック技術の開発が進展中である他触媒の反応メカニズムや代替触媒の開発劣化機構解明等の基盤的な技術開発にも併せて取組まれている社会的受容性燃料電池の安全性信頼性等品質規格の確立実証実験国際標準化に関する試験評価手法の開発等の取組みがなされている稼働停止による稼働率の低下が課題として挙げられる落雷等のトラブルによる稼働停止を防止するべく安全基準や技術基準等の標準の整備運転等のデータ開示等の取組みの他風車自体の低コスト化長寿命化量産化リサイクルリユース等の技術開発が進められている社会的受容性騒音電磁波影響等の対応として低騒音型デザイン性の高い風車の開発や環境配慮設計等の技術開発の他安全性を証明するための認証機関設立の動きもある特集連載社会的受容性メガソーラー開発については自然破壊航空機への影響景観への影響等が危惧される向きもあり防幻使用のパネルの開発による反射低減やデザインの多様化に関する技術開発が行われているその他産業基盤の強化太陽電池産業及び周辺産業の育成関連セクタとの連携使用済み製品のリサイクルリユースといった課題が挙げられるより強力な政策的支援と優遇措置に絡む法整備の推進が課題として挙げられる

10 特集連新エネルギー導入促進に伴うレアメタル需要236 基盤技術研究開発太陽光発電システムのライフサイクル評価に関する調査研究 4. ( 独 ) 産業技術総合研究所 : 平成 20 年 7 月第 4 回太陽光発電研究センター成果報告会発表資料 5. H Greijer et al.:environmental aspects of electricity generation from a nanocrystalline dye sensitized solar cell system,2000 載6. ( 独 ) 新エネルギー産業技術開発機構 : 燃料電池水素技術開発 2008 ~ 2009 パンフレット 7. DTI, the Department of Trade and Industry, UK: Environmental Emissions of SOFC and SPFC System Manufacture and Disposal 8. M. Pehnt, Life-cycle Assessment of Fuel Cells in 金属資源レポート (743) Mobile and Stationary Applications 9. 日本ガイシ ( 株 )HP 10. 経済産業省資源エネルギー庁 : 長期エネルギー需給見通し 2008 年 5 月 11.NREL, US.:Environmental Health and Safety Issues of Sodium Sulfur Batteries for Electric and Hybrid Vehicles Volume I:Cell and Battery Safety, Imperial College, UK:Environmental Emissions of SOFC and SPFC System Manufacture and Disposal, 2000 ( )

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Microsoft Word 後藤佑介.doc 課題アプローチ技法 Ⅲ 73070310 後藤佑介テーマ住宅用太陽光発電システムの利用効果 1. はじめに近年地球温暖化問題に関心が集まっているその要因である二酸化炭素は私たちの生活を支える電力利用から排出される二酸化炭素の排出を削減するためには再生可能エネルギー利用の技術が必要であるその技術の一つである太陽光発電システム (PV システム ) はクリーンで無公害なエネルギーとして大きな期待が寄せられている