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1 Resource Risk and Possibility of Recycling Kohmei HALADA, National Institute for Material Science

2 Three statements on metal resource use. Demand of many kinds of common- and rare- metals will overshoot the confirmed resources not later than 25. Factor 8 in resource view is required to keep sustainable resource use. Urban mining is promising to dig up metals close to the consumption.

3 25 2 鉄 Steel ( 億トン Mt ) セメント cement ( 億トン Mt ) consumption 生産量 5 アルミ aluminum ( 百万トン Mt ) プラスチック plastic Mt ( 千万トン ) year 年 Consumption of iron was once moderated, but now increase again The production of materials increasing rapidly. 図 3 生産量の変化 Mineral Commodity Summaries U.S. Department of the Interior,U.S. Geological Survey および世界鉱物資源データブック 資源 素材学会編 オーム社 (998) 等から作成

4 Energy Generation, conversion, storage Energy use Heat, actuation, illumination, information cleaning Solar Cell Fuel Cell battery Thermo- Electric motor LED Electronic parts catalyst Ga As In Cd Rh Pt Rh La Ce Gd Li Co Ni R.E. Bi Te Co Sb Dy Nd Sm Co B Ga In La Eu Y Ag Au Pd Rh In Ta W Ni Pt Pd Rh R.E. Eco-innovation requires new demand of rare materials.

5 A prediction of consumption was studied with use of the relation between GDP/capita and amount of consumption / capita Annual steel consumption n per capita (kg) Japan Canada China U.S.A. Korea Australia Malasia GDP per capita

6 metal consumption per capita (kg) Fe-type: weakly de-coupled Al, Ni, Mo, Ag, Sb 96 Fe 97 Line A y =.56x R 2 = Line B y =.64x + 44 R 2 = GDP per capita ($) Si-type: still coupling Pt, Co Zn-type: de-coupled Cu, Sn, Pb, W, Cr, Mn, Au y = 9.E-4x Zn y = -3.3E-5x E R.E.-type: further coupling Li, In, Ga y = 3.9E-5x Si R.E. 2.4 y =.57x y = 2.9E-3x Four types of the two step line model of metal consumption v.s. GDP per capita

7 GDP par capita, US$/capita 9, Brazil 8, China 7, India 6, Russia 5, 4, France 3, Germany 2, Italy, Japan UK US Y e a r Fig. GDP per capita at each country predicted by Goldman Sachs -75-

8 Using a GDP development model by Goldman-Sach, consumptions of each metals are predicted up to 25. 3,, 2,5, 2,,,5,,, 5, Fe US UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil India and China will become important countries at 25.

9 Accumulated consumption of iron will become close to the amount of reserve, although iron has been believed to be thick in the ground. 25,, 2,, Fe (K ton) 5,,,, 5,, Amount of reserve Accumulated consumption Already mined.

10 Au US UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil

11 In the case of gold, accumulated consumption will run over the reserve-base, which is technical reserve without considering economic limit. (K ton) Au Amount of reserve base Amount of reserve

12 3,, 2,5, Fe 2,,,5,,, 5, Annual consumption (kt) US UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil Fe (K ton) 25,, 2,, 5,,,, 5,, Accumulated consumption reserve base reserve already mined 5, US 4, 3, 2,, Cu UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil Cu (K ton) 2,,,5,,, 5, Pt US UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil Pt(K ton)

13 3, 25, 2, 5,, 5, Zn US UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil Zn, K ton,4,,2,,, 8, 6, 4, 2, B) Metal consumption, k ton/year Metal cons sumption, k ton/year 7, 6, 5, 4, 3, 2,, Ni year Li Li year A) US UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil A) US UK Japan Italy Germany France Russia India China Brazil Ni, K ton Li, K ton 25, 2, 5,, 5, 2, 5,, 5, year year year B) B)

14 Several times amount of resources will be required by 25. It will be close to the amount of reserve by 25: Fe,Mo,W,Co,Pt,Pd It will require several times amount of reserve by 25: It will run over the amount of reserve base by 25: Ni,Mn,Li,In,Ga Cu,Pb,Zn,Au,Ag,Sn reserve base es Accumulated consumption from 2 to Fe Mn Zn Al Cr Pb Cu Ni Sn Mo W Sb RE Co Li Ag Pt In Au Ga Pd TMR reserves 2 3 Supply Risk of materials Already mined

15 Three statements on metal resource use. Demand of many kinds of common- and rare- metals will overshoot the confirmed resources not later than 25. Factor 8 in resource view is required to keep sustainable resource use. Urban mining is promising to dig up metals close to the consumption.

16 Products end Resource end Transportation CO2 :.6t SOx :.22kg NOx :.7kg Mining CO2 :.3t SOx :.kg NOx :.25kg ( /km t ) ( /t-ore ) Extraction Metals t metal Nb Cu,8km 6t concentrate 3t ore Material involves a large amount of materials behind. Ecological rucksacks TMR: Total Materials Requirements

17 Li,5 Be 2,5 B 4 Na 5 Mg 7 Al 48 Si 34 Ca 9 Sc 2, Ti 36 V,5 Cr 26 Mn 4 Fe 8 Co 6 Ni 26 Cu 36 Zn 36 Ga 4, Ge 2, As 29 Se 7 Br2,5 Rb 33 Sr 5 Y 2,7 Zr 55 Nb 64 Mo 75 Ru 8, Rh 2,3, Pd 8, Ag 4,8 Cd 7 In 4,5 Sn 2,5 Sb 42 Te 27, La 3, Ce 2, Pr 8, Nd 3, Sm 9, Eu 2, Gd, Tb 3, Dy 9, Ho 25, Er 2, Tm 4, Yb 2, Lu 45, Hf, Ta 6,8 W 9 Re 2, Os 54, Ir 4, Pt 52, Au,, Hg 2, Pb 28 Bi 8 Ra 28,, Th 9, U 22, TMR of metals plotted on the periodic table

18 plastic 37. Cell Phone Product-end Resource-endend Al2.65 Sn. Pb.6 製品重量 55g Li Be B F2 Cr. Ne Na Mg Al Si P2 S Cl2 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br2 Rb Sr Y Zr Nb Mo Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I2 Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ba.9 W.7 Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir PtPd 3.7 Au 22 Au Hg Ag.68 Tl Pb Bi Ra Th U coal oil stones aggregates plastic Fe.39 Co Ni.7 Cu 3.53 plastic.36 Al.3 Sn.28 Pb.2 資源重量 3kg (g) Fe plastic products view 56g Cu (g) Cu Pd Ag Au resouece view 3kg

19 CPU (pentium III) Product-end Resource-endend Mn3 LiCr.9 Be B F2 Ne Na Mg Zn 39 Cr.2 Zn.2 Al Si P2 S Cl2 K Ca Al39 Sc Ti V Cr Ca 5.7 Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br2 Rb Sr Y Zr Nb Mo Ru Rh Pd Sn 3 Ag Cd In Sn Sb Te I2 Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Ba 28. Gd Tb Dy Ho Er Au 2 Tm Hg 8 Yb W Lu 2 Hf Hg 6 Ta Au 22 製品重量 3.5g W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Ra Th U coal oil stones aggregates plastic Ca 6.3 Ba 2.5 W 539 Fe 53 Co28 Ni55 Cu 5 Mn.2 Fe 4.3 Co63 Ni43 Cu 54 Al.9 Sn 7.5 資源重量 3.3kg (m g) Ca (g) Fe Cu Co Ba Ni Cu Au W products view 3.5g resouece view 3.3kg

20 2 Giga tons/year are mined at the resource end. Increasing at the rate of 56million tons per year. 25,,, 56million ton/y Others Ag Pb Ti 2,,,.5 times serious than In 96-7s Mo Li Si 5,,, RE Cr 38million ton/y Pt B,,, Sr Mn Zn 5,,, Zr Ni Sn Al Au Cu Increase of Total Material Requirement Fe

21 Transition of TMR per Capt. in Japan 25,, 2,, y = 7,967,87 TMR (g/capt) 5,,,, y = 46.x y = 44 x + 6,92,35 5,,, 2, 3, 4, 5, GDP ($/capt) If developing countries follow it, how material consumption increases in resource end.

22 3,,,, 2,5,,, 2,,,,,5,,,,,,, 5,,, 掘削総資源量 (ton) G ton/y 2 G ton/y Σ (reserve) (each TMR) 76G ton/y Others Ag Pb Ti Mo Li Si RE Cr Pt B Sr Mn Zn Zr Ni Sn Al Au Cu Fe 年 Material consumption in resource view will be about eight times greater than 97 s.

23 TMR weighted Durable period (year) = {(TMR) i x (reserve) i } {(TMR) i x (annual consumption) i } Durable period (year) = (reserve) i (annual consumption) i

24 TMR weighted Durable period (year)

25 25,, 99 2,, y = 7,967,87 Factor TMR (g/capt) 5,,,, y = 46.x y = 44 x + 6,92, Factor 2 5,, Factor 4 Factor 8 25, 2, 3, 4, 5, GDP ($/capt)

26 TMR weighted Durable period (year) factor

27 TMR weighted Durable period (year) factor 4 is not enough factor factor

28 TMR weighted Durable period (year) factor8 2 factor 4 is not enough Factor8 is required! factor factor

29 Three statements on metal resource use. Demand of many kinds of common- and rare- metals will overshoot the confirmed resources not later than 25. Factor 8 in resource view is required to keep sustainable resource use. Urban mining is promising to dig up metals close to the consumption.

30 H2 He Li Be B C N2 O2 F2 Ne Na Mg Al Si P2 S Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br2 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I2 Xe Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Assumption of No-recycling Effect of recycling Practical 5,,5 2, 2,5 million ton Japanese TMR (excluding exportation) at 22 Recycling is an superior measure to reduce TMR.

31 Au (K ton) Already mined.

32 already mined reserve % By Nishiyama 8% 6% 4% 2% % Hg Ag Sn Pb Au Zn Mn Cu W Ni Mo Fe Co Cr Al PGM More than half amount of many metals have been dug.

33 Trade statistics Trade statistics small small ore metal parts products import import import import country Industrial statistics In-Use stock mining refiner manufacturer assembler use recycler Used stock Dissipated stock export export export Meta; parts products E-reuse/ waste scrap Trade statistics I/O I/O Trade statistics Urban mine Country s accumulation can be estimated by considering metals which transported in products.

34 Au: correspond to 6% of reserve Ag: correspond to 23% of reserve 2 UM in JP South Afriac Australia Peru Rossia USA Indonesia Canada China ammount (ton) ammount (ton) 銅 : 埋蔵量の 8% ammount (,, ton) 埋蔵量 (,, トン ) Cu: correspond to 8% of reserve 4 Fe correspond to.7% od reserve 2 5 Chili UM in JP USA Indonesia Poland Peru Mexico China Australia Rossia Zambia Kazakhstan canada ブラジルロシアオーストラリアウクライナ 中国インドカザフスタンベネズエラスウェーデン アメリカ日本イラン南アフリカ Japanese urban mine has a possibility of recycling correspond to natural mines.

35 埋蔵量 ( トン ) Pt group metals 4% of reserve 埋蔵量 ( トン ) Ta: corresponds to % of reserve South Africa Rossia UM in Japan USA Canada Australia Thai UM in JP Canada Zaire Maraysia 8 8 埋蔵量 (, トン ) Sn : correspond to 2% of reserves 埋蔵量 ( トン ) In : corresponds to 38% of reserves China Marysia Indonesia Peru UM in JP Brazil Bolivar Russia Thai Australia 2 Japan Canada USA China Russia Peru Please estimate each countries urban mines.

36 In use million New 5million In-use stock Annual products 26 million Replaced 2 million About 7mg Gold Is contained 7kg Au Is in-use. 5kg Recovered from Used stock 5kg 6.5 million phones But, at the current status, are recycled. Major part of urban mine is dissipated stock. kg We have a lot of things to do!!

37 . MX US.. GB. BE DE UA. AT..... FR KZ RO... TR. ES CN. IT. IR... IN VE MR. CA NL SE.. SK. PL RU Fe KR TW. JP... BR. AU. AR Urban mine is located in the site of consumption. They have possibility to relieve the problem of mal-distribution of resources.. ZA scrap supply consumption crude iron ore minig reserve..

38 . US. MX. CA. PE. CL.. AR. BR GB.. Every country has thee possibility of urban mine as large as the country consumes.. FR ES BE.... SE DE IT ZM... PL AT TR... FI KZ IR... IN.. RU ID CN TH.... MY. scrap supplied consumed mined ore reserve. Cu KR AU TW JP

39 Recycling should learn from the mining METAL Natural ore Urban mine in future METAL Urban mine Current status EXTRACTION EXTRACTION meta al grade (log) Domestic waste TRANSPORTATION meta al grade (log) Domestic waste CONCENTRATE TRANSPORTATION foreign waste foreign waste ORE WASTE mass of treated material (log) mass of treated material (log) Trade as artificial concentrated ore is important to international specialization.

40 CN CH BE CZ DE FR KR MX RU US GB CA PL AT LX NO DM IE SE ND PT LT DK KZ FI EE IS RO HR SI BY HU UA MD SK Cu SCRAP AU ES HK IT JP PH ZA CO MY SG SA NG LB NZ SV GL BA KW BR IL TH GR TK PK MA IQ AE DZ YE SY CL

41 IS 39 IE 73 5 GB BE FR NO ND 34 DK LX 47 CZ DE 32 PT 67 CH 77 SI SE PL 77 SK 5 AT 22 HR FI Al waste & scrap,tons EE LT 49 RU BY 3 44 KZ UA MD RO HU KR 377 CN IT GR 56 3 ES BA JP 68 LB 55 HK DZ 28 TK PK 5 33 CA 277 US MX 57 9 DM SV GL NG MA >2$/kg 2-$/kg $/kg> ZA IQ IL NZ PH TH KW SY 332 SG MY AE AU SA YE Three hubs were in the world (EU, USA, China). CL BR CO

42 IS IE GB LX 3.2 FR PT.8 ES IT NO ND DK.4.5 BE DE.93 CH SK.73 LB IL.4. SE HR.6 PL CZ.93 BA KW AT TK HU GR.4. LT.5 PK FI BY Iron waste & scrap,,ton RO HK. TH EE KZ 9.6 CN 5.4 PH RU KR 3.43 JP US..23 NZ 3.4 SV 3.9. CA MX DM GL NG SA 3.6 MY SG.5.4 AU CO Turkey imports steel scrap at the largest amount. ZA BR

43 IS IE NO SE LT FI 723 Iron Rods..,ton EE.32 CA.38 ND RU International DK PL Recycling is changing into Multi-hub type US GB We BY 62 have a chance.73 to create 88 win-win relation BE.45 3 LX CZ to exploit urban KZ mine in each country UA MX MD FR AT RO 95 2 DE.35 7 KR 44 HU PT.32 CH SK HR DM.45 CN 5 SV GR.83 ES BA GL IT LB HK 74 AG 5.76 TK PK JP.26 IQ 63 IL NZ MA PH.23 KW TH NG.27SY SG MY.4 AE CO SA AU 2.6 YE ZA China exports steel products from scrap at the second largest amount..89 BR

44 Three statements on metal resource use. Demand of many kinds of common- and rare- metals will overshoot the confirmed resources not later than 25. Factor 8 in resource view is required to keep sustainable resource use. Urban mining is promising to dig up metals close to the consumption.

45

46 コード品目適用金属直接輸出 / 需要含波及輸出 / 需要 22 プラスチック製品 Sb, Sn その他の化学最終製品 Zn メッキ鋼材 Zn,Sn 電線 ケーブル Cu, 伸銅品 Cu,Zn アルミ圧延製品 Al その他の非鉄金属製品 Ag 建設用金属製品 Fe 建築用金属製品 Fe,Al 粉末や金製品 W,Co,Ta 金属製容器及び製缶板金製品 Zn,Sn, 金属製品 Ta 産業機械 Fe 電子機器 Fe,Pt,Ag 集積回路 Au 液晶素子 In その他の電子部品 Au, In,Ta,Sn 電気器具 Ag 自動車 Fe,Pt 輸送機械 Fe 精密機械 カメラ Ag その他.87.24

47 金属 世界の年間消費 (t) 世界の埋蔵量 (t) わが国の都市鉱山蓄積 (t) 世界の埋蔵量に対するわが国の都市鉱山の比率 (%) 世界の年間消費量との比 埋蔵量国別順位 Al 77,, 25,,, 6,, Sb,2,8, 34, Cr 2,, 8,, 6,, Co 57,5 7,, 3, Cu 5,3, 48,, 38,, Au 2,5 42, 6, In 45 2,8, Fe 858,, 79,,,,2,,.62.5 Pb 3,3, 57,, 5,6, Li 2, 4,, 5, Mo 79, 8,6, 23, Ni,55, 64,,,7, Pt 445 7, 2, RE 23, 88,, 3, Ag 9,5 27, 6, Ta,29 43, 4, Sn 273, 6,, 66, W 73,3 2,9, 57, V 62,4 3,, 4, Zn,, 22,, 3,,

48 電子部品 メッキ 万年筆 時計 陶磁器 歯科用 In-use ストック 49 トン used ストック 42 トンスクラップ.3 トン

49 自動車 電気 電子 化学 石油化学 ガラス 歯科用 装飾 In-use ストック 69 トン used ストック 35.8 トン二次回収 3.25 トン

50 automo bile 電気 電子 chemic al 石油化学 ガラス 歯科用 装飾 In-use ストック 69 トン used ストック 35.8 トン二次回収 3.25 トン

51 Cu 9% Al 9% Fe 8% Sn % Ni % Cr.9% Pb.7% Zn.7% Ta.3% W.2% Ag.2% Ti.2% Au.3% Ta ( 3) 残りは廃棄物 採掘限界品位と携帯中の金属成分

52 Business site processing On-site dissection dissection building automobile electric appliance Miscellaneous articles separation 227companies IT euipment 34? collect -BM -CM -PM -RM 2? 87 Re-melt 7 extract export

53 製造工程 建設 事業者 解体収集 車 家電雑品電子 切断 分離 回収 取出し concentration 抽出 溶解原料 輸出

54 注 ) 酸化物を含む わが国の都市鉱山蓄積は 世界の年間消費を地球何個分まかなえるか 5kt 日本の都市鉱山蓄積積量 / 世界の年間消費量 6.8kt 6kt 38Mt 66kt.2Gt 5.6Mt 3kt 2.5kt 4kt 4.4kt.7kt Au Ag Cu Fe Pb Sn Co PGM Pt V Li Ta In

55 Metal production Metal demand Semi-manufactured Final product steel For building For automobile 54% automobile domestic export domestic Electric parts Audiovisual equipments export 36% Electric circuit domestic gold Electric application dental Semiconductor IT equipment export domestic others computer Exported amount of metal can be estimated by using the I/O table. export

56 CN CH BE CZ DE FR KR MX RU US GB CA PL AT LX NO DM IE SE ND PT LT DK SV KZ FI EE IS HU HR SK AU ES HK IT JP PH ZA 853 Co waste & scrap ton CO MY SG SA NG LB NZ SV GL BA KW BR IL TH >2$/kg 2-$/kg $/kg>

57 37 S O 7. 8 O S 35. 中国,279 S S 2... C 336. 米国 97 O S C O 2. 8 O 8..,484 C 5.7 2,45 C C 7,593 S S 39 2,347,83 C. 日本 2,28 C 2. マレーシア,3 C.7 重量トン アシ ア諸国 552 C.6 9,82 O. 473 O 22. 非鉄では国際流通で増値するスクラップ ( 廃棄物 ) も Kg 価格 $ 品目種別 O 酸化コバルト C コバルト製品 S スクラップ

58 国際商品化する使用済スクラップ 最大の鉄スクラップ輸入国はトルコ 棒鋼最大輸入地域は中東諸国 棒鋼輸出二位は中国 東南アジア 東南欧で安価な金属屑を輸入グレードアップして輸出 発展途上国が自国内の需要のために先進国から使用済屑を集めている はもう古い 国際的な資源循環モデルとしての今後のあり方を!

59 国内の循環利用にまわるべき資源が 製品 製品 発展途上国の需要に流れている 製造 使用 製造 使用 素材 素材 国際商品化した使用済物を 大量に集めて資源化して利益を上げている国がある 製品 製品 製造 製造 使用 製造 使用 素材 素材 製造 製品 使用 リサイクルビジネスの国際的奪い合いのなかで リサイクル資源に一番近い国内リサイクル産業がいかに発展していくか

60 循環主体の偏在 エントロピーを増やしていると情緒的にいえる アフリカ抽出 R) 資源の偏在 ( 製錬 精製業 ) 廃棄物 T) 技術の偏在 ( 製造業 ) アジア混合 U) 消費の偏在 ( 販売 回収業 ) 日本劣化 分散 蓄積の偏在 R),T),U) の偏在をいかに最適に組み合わせるか U) T) は抽出がない T) の増値困難 U) R) は R) サイトにbadsも送り込む R) の増値困難 増値可能にする U) R) の工程が必要 S) 分離 濃縮 separate & stock

61 ミッシングリング =. 消費端に密接した分離 濃縮主体 Stock to Reserve approach S) 自体が価値を増す R) の増値生産性の向上 bads の減少 エコデザインとの結合で 高増値型 U) T) の可能性も出てくる

62 循環主体の偏在 エントロピーを増やしていると情緒的にいえる アフリカ抽出 R) 資源の偏在 ( 製錬 精製業 ) 廃棄物 T) 技術の偏在 ( 製造業 ) アジア混合 U) 消費の偏在 ( 販売 回収業 ) 日本劣化 分散 蓄積の偏在 R),T),U) の偏在をいかに最適に組み合わせるか U) T) は抽出がない T) の増値困難 U) R) は R) サイトにbadsも送り込む R) の増値困難 増値可能にする U) R) の工程が必要 S) 分離 濃縮 separate & stock

63 TMR / year (Mt) 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2,, f= till 25 f=2 by 25 f=4 by 25 f=8 by 25 f=6 by 25 f=5 by 25 f=6 by 25 Lifestyle change into Factor8 is required!

64 Fe P K Mg Ti 858Mt 79Gt Al 77Mt 29Gt 8Gt 8.3Gt 2.2Gt.3Gt 45Mt 3Mt 4Mt Mt Cr Mn 2Mt Cu 48Mt 44Mt 22Mt 64Mt 57Mt 2Mt 5.3Mt Mt Mt.55Mt 3.3Mt Zn Ni Pb Zr 38Mt.9kt I 5Mt 25kt V 3Mt 62.4kt Mo 8.6Mt 79kt Co 7Mt 57.5kt Sn 273kt 6.Mt Nb 4.4Mt 59.9kt Li 4.Mt 2.kt W 2.9Mt 73.3kt 2 年 Y 54kt 8.9kt Bi 32kt 5.6kt Ag 9.5kt 27kt Se 82kt.39kt PGM 7kt 445t Hg 45kt.4kt Ta 43kt.3kt Au 42kt 2.5kt In 2.8kt 45t 年 5 年 2 年

65 Fe Al Cu Pb Sn Zn Ag Au

66 Metal production Metal demand Semi-manufactured Final product steel For building For automobile 54% automobile domestic export domestic Electric parts Audiovisual equipments export 36% Electric circuit domestic gold Electric application dental Semiconductor IT equipment export domestic others computer Exported amount of metal can be estimated by using the I/O table. export

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