1 平成 27 年度環境研究総合推進費研究成果発表会 平成 27 年 10 月 23 日 廃自動車の行方を考える - 資源と環境の視点から見た使用済み自動車 - 京都大学環境科学センター酒井伸一
平成 24~26 年度環境研究総合推進費研究 使用済み自動車 (ELV) の資源ポテンシャルと環境負荷に関するシステム分析 研究代表者酒井伸一 ( 京都大学 ) 研究分担者滝上英孝 梶原夏子 ( 国立環境研究所 ) 田辺信介 高橋真 ( 愛媛大学 ) 由田秀人 ( 日本環境安全事業 ) 平井康宏 浅利美鈴 ( 京都大学 )
3 発表内容 1. 解体調査に基づいた廃自動車の資源ポテンシャル 2. ハイブリッド車のレアアース元素回収ポテンシャル 3. 使用済み自動車中の鉛削減効果の将来推定 4. まとめと廃自動車リサイクルに対する次の一手
4 1. 解体調査に基づいた 廃自動車の資源ポテンシャル
5 背景と目的 自動車保有台数 世界 :10 億台 (2010 年 ) EU2.7 億台 (502 台 /1000 人 ) アメリカ2.4 億台 = 全体の50 % 日本 : 約 7900 万台 (2010 年度 576 台 /1000 人 ) 中国 :2012 年に1 億台を超える 2050 年には24 億台に到達する見込み ELV 発生台数 世界 :4000 万台 (2010 年 )= 保有台数の約 4% EU:1400 万台 (2010 年 ) 1660 万台 (2020 年 ) 日本 :330 万台 (2010 年 ) 290 万台 (2020 年 ) 自動車産業に対する資源需要 技術革新 ( 次世代車の普及 電装化 ) に伴い ELVの資源性は高まっている 多様な有害物質 資源性物質を含有 http://www.jari.or.jp/resource/pdf/h23ws/ws_120329_03jp.pdf. Accessed 4 Dec 2012
6 解体調査工程 1. 部品別に粗解体 エンジン 座席シート 等 2. 所在別に計量と記録 3. 素材別に細解体 鉄 銅 樹脂 ガラス 等 4. 化学分析 ( いくつかの部品について ) 1. 鉄 銅 樹脂 ガラス 等
7 所在分類 有用部品の事前回収を検討する際に 部品の所在が重要な情報となる 所在 エンジンルーム No 1 内装フロント 2 座席空間 リア トランク 3 4 5 外装足回り 6 その他 7 車体ボディ その他 8 9
8 重量構成の車種間比較 ハイブリッドトランスミッション : 115 kg, インバーター : 25.7 kg Weight (tons) 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Light vehicle (1999) Light vehicle (2009) NiMH 電池ユニット : 78.2 kg Typical class CV (1997) Luxury class CV (1997) トランスミッション : 99.0 kg, インバーター : 35.0 kg HEV (1998) EV (2011) Li ion 電池ユニット : 294.0 kg Others Remaining body Exterior Others Exterior Suspension Interior Trunk Interior Rear Interior Seat area Interior Front Engine room
9 電子基板 Light vehicle (1999) Engine room 25.6% Exterior others 0.8% Light vehicle (2009) Interior seat area 15.4% Engine room 8.5% Total 820 g/elv Total 1000 g/elv Interior front 74.4% Interior front 75.3% Interior seat area 6.7% Typical class CV (1997) Exterior others 7.7% Luxury class CV (1997) 高級車や次世代車の電子基板重量が大きい傾向 HEV: 3.8 kg EV: 7.9 kg 電子基板の60-90% が内装 ( フロント ) に所在 EV については様々な場所に散在 車種よりも製造年の影響か Exterior others 9.6% Interior seat area 2.3% Interior rear 14.2% Total 740 g/elv Interior front 93.3% HEV (1998) Engine room 13.9% Total 3800 g/elv Interior front 60.1% Interior seat area 1.1% Exterior others 2.3% Interior seat area 1.1% Interior rear 30.6% Interior rear 34.0% Total 4100 g/elv Interior front 22.9% Interior front 60.7% EV (2011) Total 7900 g/elv Engine room 39.8% Fig. 所在別の電子基板重量構成
10 ICP OES, ICP MS 等を用いた化学分析 走行制御系の電子基板の含有元素濃度 平均値として 10,000 ppm 以上 ベースメタル : Fe, Cu, Al, Sn 他 : Br 1,000 ppm 以上 ベースメタル : Zn レアメタル : Ni, B, Ti, Sb 他 : Mg, Pb Over 100 ppm 以上 レアメタル : Mn, In, Sr, Zr, Pd, Nd Others: Ag Common metals Critical storage metals categorized in Japan Other critical metals and rare earths defined by METI Others Conventional vehicle ( N = 5) Hybride vehicle ( N = 14) Min Max Average Min Max Average Fe (mg/kg) 8300 23000 16000 1000 50000 17000 Cu (mg/kg) 15000 71000 33000 15000 35000 25000 Al (mg/kg) 150000 220000 190000 98000 290000 210000 Zn (mg/kg) 3200 14000 8500 150 19000 6600 Sn (mg/kg) 36000 95000 73000 25000 89000 56000 Cr (mg/kg) 22 72 41 27 700 86 Mn (mg/kg) 36 560 210 38 1600 310 Co (mg/kg) 7 24 15 2 34 14 Ni (mg/kg) 2400 8800 5300 35 11000 3900 Ga (mg/kg) 1 3 2 1 10 3 Mo (mg/kg) 2 260 52 1 3 0 In (mg/kg) 22 210 120 43 800 310 W (mg/kg) 40 93 27 1 66 11 Li (mg/kg) 6 19 12 7 32 17 B (mg/kg) 1800 4100 3000 3300 7700 5500 Sc (mg/kg) 0 0 0 0 0 0 Ti (mg/kg) 540 2900 1600 450 10000 3000 Sr (mg/kg) 29 180 100 90 450 240 Y (mg/kg) 2 22 5 1 14 3 Zr (mg/kg) 12 120 37 16 1600 190 Nb (mg/kg) 1 44 16 1 110 39 Pd (mg/kg) 22 310 130 5 570 220 Sb (mg/kg) 540 2100 1300 30 5300 1300 Ba (mg/kg) 6 11 9 6 120 17 Hf (mg/kg) 1 5 1 1 66 9 Ta (mg/kg) 1 67 14 1 63 10 Bi (mg/kg) 5 64 26 2 270 45 Ce (mg/kg) 1 4 3 3 400 35 Pr (mg/kg) 5 7 2 1 13 2 Nd (mg/kg) 2 560 120 1 86 34 Sm (mg/kg) 0 0 0 1 19 4 Dy (mg/kg) 1 1 0 3 50 9 Au (mg/kg) 1 200 94 3 210 72 Ag (mg/kg) 2 1100 220 2 10 5 Pb (mg/kg) 540 980 830 770 2000 1100 Mg (mg/kg) 1000 2000 1300 420 1600 840 As (mg/kg) 2 9 5 4 21 9 Br (mg/kg) 21000 44000 33000 32000 59000 46000
11. 走行制御系電子基板の元素含有量比較 多くの元素で HEV の方が高級車より含有量が多い傾向を確認 1.E+06 1.E+05 ベースメタルレアメタルその他 Conventional vehicle Hybrid vehicle (mg / vehicle) 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 1.E+00 Fe Cu Al Zn Sn Cr Mn Ni In B Ti Sr Zr Pd Sb Bi Nd Au Ag Pb Mg Br
12 HEV 特有部品 NiMH 電池セル中の含有元素濃度 (ppm) 1.0E+06 : 1% and over : 0.1% and over 1.0E+05 1.0E+04 1.0E+03 1.0E+02 1.0E+01 1.0E+00 Fe Cu Al Zn Pb Sn V Cr Mn Co Ni Ga Mo In W Li Be B Sc Ti Ge Se Rb Sr Y Zr Nb Pd Sb Te Cs Ba Hf Ta Re Pt Tl Bi La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Au Rh Ag Cd Cr (VI) Mg As Hg Br Common metals Critical storage metals categorized in Japan 1% 以上 : Fe, Mn, Co, Ni, La, Ce 0.1% 以上 : Al, Y, Pr, Nd Other critical metals and REEs defined by METI, Japan 電池セル合計 43.4 kg なので 16 kg-fe, 0.56 kg-mn, 1.1 kg-co, 15 kg-ni, 0.87 kg-la, 1.2 kg-ce, 0.19 kg-al, 0.11 kg-y, 0.12 kg-pr, and 0.38 kg-nd Others
13 HEV 特有部品 ハイブリッドトランスミッション中の 磁石重量と REEs 磁石重量の減量に伴い REEs 含有量も減少 : 486 g ( 初代 ) 457 g (2 代目 ) 335 g (3 代目 ) 初代 -3 代目間で31.1% 減 EV の REEs 含有量 :695g HEV よりも高い REEs content (g/vehicle) 500 400 300 200 100 0 Dy Nd Pr Magnet 1st generation (1997) 2nd generation (2003) 3rd generation (2009) 2,000 1,600 1,200 800 400 0 Weight of magnets in hybrid transmission (g/vehicle)
14 1.0E+05 一部既往研究のデータも使用 ELV1 台あたりの元素含有量 ベースメタル (Fe, Al, Cu, Zn, Sn) 除く 1.0E+04 1999 LV 2009 LV T CV L CV HEV EV 1.0E+03 Content (g/vehicle) 1.0E+02 1.0E+01 1.0E+00 1.0E 01 1.0E 02 1.0E 03 1.0E 04 1.0E 05 V Cr Mn Co Ni Ga Mo In W Li Be B Mg Sc Ti Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Rh Pd Ag Cd Sb Te Cs Ba La Ce Pr Nd PmSm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Re Pt Au Hg Tl Pb Bi 軽自動車 (1999) 軽自動車 (2009) 普通自動車 (1997) 高級車 (1997) HEV (1998) EV (2011) 1000 g over Mn Mn, Co, Ni, Ce, Mn, Co, Ni, Li, 100 g over Cr, Mn, Cr, Mn, Cr, Mn, Cr, Sr, Cr, Br, Y, La, Pr, Nd, Gd, Dy, 10 g over Ni, Mg, Br, Sr Ni, Mg, Br, Sr, Ni, Mg, Br, Ni, Mg, Ti, Br, Ce, 1g over B, Ti, Zr, Pd, Ce B, Ti, Zr, Pd, Sb, Ce, B, Ti, Zr, Pd, La, Ce, B, Zr, Pd, Sb, Ba, La, Nd, Ta, Li, B, Mg, Ti, Sr, Sb, Ga, In, W, Ge, As, Zr, Pd, Ba, Cr, B, Br, Nd, Dy, Mg, Ti, V, Ga, Sr, Zr, Ag, Sb, Ba, Ce, Pr,
15 2. ハイブリッド車の レアアース元素回収ポテンシャル
16 目的と研究対象 目的 HEV 特有部品に由来するREEs 回収ポテンシャルを明らかにする 研究対象 資源性物質の例としてREEsに着目 使用済 HEVs 特有部品のREEs 含有量全量を 回収ポテンシャル と定義 HEVs 特有部品 : ハイブリッドトランスミッション 駆動モーター ジェネレーター中のモーター磁石 ニッケル水素電池 (NiMH 電池 ) NiMH 電池セル NiMH 電池ユニット中の他の構成部品 ( 電子基板等 ) は対象外 HEVs は製造時期により 3 区分 : 第 1 世代 :1997 2002 年度 第 2 世代 :2003 2008 年度 第 3 世代以降 :2009 年度 - 推定期間 :2010 2030 年度 対象地域 : 国内 ( 輸出入は除く )
17 推定手順 統計データの収集初度登録年別 HEV 台数 (1997-) 解体調査によるサンプル回収世代別 HEVs 特有部品 使用済 HEVs 廃棄台数推定 HEVs 特有部品の廃棄台数推定 (2010 2030) 化学分析 REEs 含有濃度の分析 REEs 回収ポテンシャル 使用中 HEVs 中の国内 REEs ストック量の推定
18 使用済 HEVs 廃棄台数 使用済 HEVs 廃棄台数は 2010 年度は 11000 台であるのに対し 2030 年度には 51 65 万台まで増加 Number of end of life HEVs(million) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030
19 ハイブリッドトランスミッション由来の REEs 需要および回収ポテンシャル REEs 需要 ( 最大ケース ) 需要 とは当該年の新 HEV 用ハイブリッドトランスミッション用途での需要を指す REEs contents (ton/yr) Demand Recovery potential 800 600 400 200 0 200 400 FY2010: 151 tons (0.4 t-pr, 120 t-nd, 31 t-dy) 3.3% Dy (demand) Nd (demand) Pr (demand) Rec./demand 6.4% Dy (Rec.) Nd (Rec.) Pr (Rec.) 13.4% FY2030: 617 tons (1.8 t-pr, 490 t-nd, 135 t-dy) 24.0% 35.4% 20% FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030 40% 30% 20% 10% 0% 10% Recovery Potential/ demand (%)
20 ハイブリッドトランスミッション由来の REEs 需要および回収ポテンシャル REEs 回収ポテンシャル ( 最大ケース ) FY2010: 5.0 tons (0.6 t-pr, 3.1 t-nd, 1.3 t-dy) FY2030: 218 tons (1.5 t-pr, 172 t-nd, 45 t-dy) REEs contents (ton/yr) Demand Recovery potential 800 600 400 200 0 200 400 3.3% Dy (demand) Dy (Rec.) 35.4% Nd (demand) Nd (Rec.) Pr (demand) Pr (Rec.) Rec./demand 24.0% 使用済ハイブリッドトランスミッションが全量回収された際の 2030 年度の 6.4% REEs 回収ポテンシャルは 13.4% 需要量の 35.4% に相当 20% FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030 40% 30% 20% 10% 0% 10% Recovery Potential/ demand (%)
21 NiMH 電池ユニット由来の REEs 需要および回収ポテンシャル REEs 需要 ( 最大ケース ) FY2010: 777 tons (260 t-la, 364 t-ce, 35 t-pr, 115 t- Nd, 2.5 t-gd, etc,) 469 t-nd, 10 t-gd, etc.) Er (Rec.) Dy (Rec.) Tb (Rec.) Gd (Rec.) Nd (Rec.) REEs contents (ton/yr) Recovery potential Demand Pr (Rec.) Ce (Rec.) La (Rec.) Er (demand) Dy (demand) Tb (demand) Gd (demand) Nd (demand) Pr (demand) Ce (demand) La (demand) 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 1,000 2,000 9.4% Rec./demand 20.1% 40.5% FY2030: 3,180 tons (1070 t-la, 1490 t-ce, 144 t-pr, 67.4% 92.1% 100% 3,000 60% FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030 80% 60% 40% 20% 0% 20% 40% Recovery potential / demand (%)
22 NiMH 電池ユニット由来の REEs 需要および回収ポテンシャル REEs 回収ポテンシャル ( 最大ケース ) FY2010: 73 tons (24 t-la, 34 t-ce, 3.3 t-pr, 11 t-nd, 0.2 t-gd, etc.) t-nd, 9.3 t-gd, etc.) Er (Rec.) Dy (Rec.) Tb (Rec.) Gd (Rec.) Nd (Rec.) REEs contents (ton/yr) Recovery potential Demand Pr (Rec.) Ce (Rec.) La (Rec.) Er (demand) Dy (demand) Tb (demand) Gd (demand) Nd (demand) Pr (demand) Ce (demand) La (demand) 5,000 4,000 3,000 0 1,000 2,000 Rec./demand 40.5% NiMH 電池ユニットが全量回収された際の 67.4% 20.1% 2,000 2030 年度のREEs 回収ポテンシャルは 9.4% 1,000 需要量の92.1% に相当 FY2030: 2,930 tons (982 t-la, 1374 t-ce, 133 t-pr, 432 92.1% 100% 3,000 60% FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030 80% 60% 40% 20% 0% 20% 40% Recovery potential / demand (%)
23 3. 使用済み自動車中の 鉛削減効果の将来推定
24 背景 Pbは自動車に使用されている代表的な有害物質の1つ 日本自動車工業会の自主目標により対策が進む 対象 : 乗用車 貨物車 軽自動車除く 対象物質 :Pb, Cr +6, Hg, Cd Pbの削減目標と達成状況 : 物質目標達成状況 Pb 1996 年比 (1,850 g/ 台 ) で 2006 年以降に 10% 以下まで低減 鉛バッテリー除く 2001 年度 : 463 g Pb/ 台 2003 年度 : 370 g Pb/ 台 2005 年度 : 240 g Pb/ 台 2007 年度 : 103 g Pb/ 台 2010 年度 : 86 g Pb/ 台 使用済自動車 (ELV) や ASR 中の将来の Pb 削減効果を推定
25 1 台当たり Pb 含有量設定 初度登録年別 部品別 推定手順 ASR 中のPb 含有量推定 1. 未削減ケース (1996 年度時点から変化なし ) 2. Pb 削減 ( 最少ケース ): 新型車と同じPb 使用量 3. Pb 削減 ( 最大ケース ): フルモデルチェンジ時にPb 削減 Selling Year Stock vehicles 2020 2018 2016 2014 2012 2010 2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1973 1983 1986 1988 1990 Future Past Counting Year 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 Past Future 国内自動車使用台数の推定 2016 2018 2020 ELV 処理フロー中の Pb 分配率の設定 部品別 ASR 重量の推定 年度別推移 (1990-2020) ELV 廃棄台数推定 ASR 中の Pb 含有量 濃度推定 年度別推移 (1990-2020)
26 ASR 中の Pb 濃度の将来予測 1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 0 FY1990 FY1992 FY1994 FY1996 FY1998 FY2000 FY2002 FY2004 FY2006 FY2008 FY2010 FY2012 FY2014 FY2016 FY2018 Pb content in ASR (mg-pb/kg-asr) FY2020 ASR 中の Pb 含有量が減少し始めるまで 5 年程度のタイムラグがある 2010 年度時点で 14-23% の削減効果 2020 年度には 58-76% の削減見込み No reduction case Pb maximum case Pb minimum case Yano et al. J Mater Cycles Waste Manage (2014) 16 (1):52 61
27 まとめ 本研究での到達点 次世代車を含む計 6 台の解体調査を実施し 素材構成や有害 資源性物質の含有量を明らかにした 資源性物質の例として HEVs 特有部品に由来する REEs の回収ポテンシャルを明らかにし 資源回収の重要性を確認した 有害物質の例として ELV 及び ASR 中の Pb 濃度の将来予測を行い 長寿命な自動車においては使用削減効果が表れるまで時間を要することを確認した
ELV リサイクルの今後 ELVの資源性 有害性を念頭においた3Rシステムの構築に向けて 次の3 点が重要 1. 資源性 有害性と解体との関連でみた有用部品の特定と類型化 選別戦略 解体 破砕から ASR までのフローで 効果的な部品取り外しと資源回収 2. 自動車設計や ASR 対策との関連でみた電装化や新型車への対応 HEV 特有部品など増加する使用済み次世代車への対応 資源性物質の ASR 混入回避のための 上流での事前回収 資源回収 3. ELV リサイクルを通じた有害物質管理と資源性物質の循環を評価する指標の検討 現行の再資源化率に加え リサイクルの質に着目した指標や目標 モニタリング