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 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
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)
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
発表内容
3
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
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
5
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
6
所在分類
所在 No
エンジンルーム ①
内装 フロント ②
座席空間 ③
リア ④
トランク ⑤
外装 足回り ⑥
その他 ⑦
車体ボディ ⑧
その他 ⑨
7
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。
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
Lightvehicle(1999)
Lightvehicle(2009)
Typicalclass CV(1997)
Luxuryclass CV(1997)
HEV(1998)
EV(2011)
Weight (tons)
Others
Remaining body
Exterior Others
Exterior Suspension
Interior Trunk
Interior Rear
Interior Seat area
Interior Front
Engine room
重量構成の車種間比較
8
Li‐ion 電池ユニット: 294.0 kg
NiMH電池ユニット: 78.2 kg
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
トランスミッション: 99.0 kg,
インバーター: 35.0 kg
電子基板
• 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
Fig. 所在別の電子基板重量構成
9
Engine room25.6%
Interior front74.4%
Light vehicle (1999)Engine room8.5%
Interior front75.3%
Interior seat area15.4%
Exterior others0.8%
Light vehicle (2009)
Total820 g/ELV
Total1000 g/ELV
Interior front93.3%
Interior seat area6.7%
Typical class CV (1997)
Interior front60.7%Interior
seat area1.1%
Interior rear30.6%
Exterior others7.7%
Luxury class CV (1997)
Total 740 g/ELV
Total4100 g/ELV
Engine room13.9%
Interior front60.1%Interior
seat area2.3%
Interior rear14.2%
Exterior others9.6%
HEV (1998)
Engine room39.8%
Interior front22.9%Interior
seat area1.1%
Interior rear34.0%
Exterior others2.3%
EV (2011)
Total3800 g/ELV
Total7900 g/ELV
走行制御系の電子基板の含有元素濃度
Min Max Average Min Max Average
Fe (mg/kg) 8300 23000 16000 1000 50000 17000Cu (mg/kg) 15000 71000 33000 15000 35000 25000Al (mg/kg) 150000 220000 190000 98000 290000 210000Zn (mg/kg) 3200 14000 8500 150 19000 6600Sn (mg/kg) 36000 95000 73000 25000 89000 56000Cr (mg/kg) 22 72 41 27 700 86Mn (mg/kg) 36 560 210 38 1600 310Co (mg/kg) 7 24 15 2 34 14Ni (mg/kg) 2400 8800 5300 35 11000 3900Ga (mg/kg) 1 3 2 1 10 3Mo (mg/kg) 2 260 52 1 3 0In (mg/kg) 22 210 120 43 800 310W (mg/kg) 40 93 27 1 66 11Li (mg/kg) 6 19 12 7 32 17B (mg/kg) 1800 4100 3000 3300 7700 5500Sc (mg/kg) 0 0 0 0 0 0Ti (mg/kg) 540 2900 1600 450 10000 3000Sr (mg/kg) 29 180 100 90 450 240Y (mg/kg) 2 22 5 1 14 3Zr (mg/kg) 12 120 37 16 1600 190Nb (mg/kg) 1 44 16 1 110 39Pd (mg/kg) 22 310 130 5 570 220Sb (mg/kg) 540 2100 1300 30 5300 1300Ba (mg/kg) 6 11 9 6 120 17Hf (mg/kg) 1 5 1 1 66 9Ta (mg/kg) 1 67 14 1 63 10Bi (mg/kg) 5 64 26 2 270 45Ce (mg/kg) 1 4 3 3 400 35Pr (mg/kg) 5 7 2 1 13 2Nd (mg/kg) 2 560 120 1 86 34Sm (mg/kg) 0 0 0 1 19 4Dy (mg/kg) 1 1 0 3 50 9Au (mg/kg) 1 200 94 3 210 72Ag (mg/kg) 2 1100 220 2 10 5Pb (mg/kg) 540 980 830 770 2000 1100Mg (mg/kg) 1000 2000 1300 420 1600 840As (mg/kg) 2 9 5 4 21 9
Br (mg/kg) 21000 44000 33000 32000 59000 46000
Other criticalmetals and rare
earthsdefined by METI
Others
Conventional vehicle ( N = 5) Hybride vehicle ( N = 14)
Common metals
Critical storagemetals
categorizedin Japan
10 ※ICP‐OES, ICP‐MS等を用いた化学分析
• 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
※平均値として
.
11
走行制御系電子基板の元素含有量比較
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
Fe Cu Al Zn Sn Cr Mn Ni In B Ti Sr Zr Pd Sb Bi Nd Au Ag Pb Mg Br
(mg
/ veh
icle
)
Conventional vehicleHybrid vehicle
ベースメタル レアメタル その他
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
NiMH電池セル中の含有元素濃度
12
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04
1.0E+05
1.0E+06
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 CdCr (V
I)Mg As Hg Br
Common metals Critical storage metalscategorized in Japan
Other critical metals and REEs defined by METI, Japan Others
■: 1% and over ■: 0.1% and over
(ppm)
HEV特有部品
• 1%以上: Fe, Mn, Co, Ni, La, Ce• 0.1%以上: Al, Y, Pr, Nd• 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
0
400
800
1,200
1,600
2,000
0
100
200
300
400
500
1st generation(1997)
2nd generation(2003)
3rd generation(2009)
Wei
ght o
f mag
nets
in
hyb
rid tr
ansm
issi
on (g
/veh
icle
)
REE
s co
nten
t (g/
vehi
cle)
Dy Nd Pr Magnet
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。
13 HEV特有部品
ELV1台あたりの元素含有量14
1.0E‐05
1.0E‐04
1.0E‐03
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 GaMo 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 NdPmSm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Re Pt Au Hg Tl Pb Bi
Conten
t (g/vehicle)
1999‐LV 2009‐LV T‐CV L‐CV HEV EV
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,
Cr, B, Br, Nd, Dy,
10 g over Ni, Mg, Br, Sr Ni, Mg, Br, Sr, Ni, Mg, Br, Ni, Mg, Ti, Br, Ce,
Li, B, Mg, Ti, Sr, Sb,
Mg, Ti,
1 g 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,
Ga, In, W, Ge, As, Zr, Pd, Ba,
V, Ga, Sr, Zr, Ag,Sb, Ba, Ce, Pr,
ベースメタル(Fe, Al, Cu, Zn, Sn)除く
※一部既往研究のデータも使用
目的と研究対象
16
• 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。
• 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
• 研究対象
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)
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
推定手順
17
統計データの収集初度登録年別HEV台数(1997-)
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
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)
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
18
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030
Num
ber o
f end
‐of‐life
HEV
s(million)
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。
19
3.3%6.4% 13.4%
24.0%
35.4%
‐20%
‐10%
0%
10%
20%
30%
40%
‐400
‐200
0
200
400
600
800
FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030
Recovery Poten
tial/ de
mand (%
)
REEs con
tents (ton/yr)
Dy (demand) Dy (Rec.)Nd (demand) Nd (Rec.)Pr (demand) Pr (Rec.)Rec./demand
→ Dem
and
Recovery
potential←
FY2010: 151 tons(0.4 t-Pr, 120 t-Nd, 31 t-Dy)
FY2030: 617 tons(1.8 t-Pr, 490 t-Nd, 135 t-Dy)
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)
20
3.3%6.4% 13.4%
24.0%
35.4%
‐20%
‐10%
0%
10%
20%
30%
40%
‐400
‐200
0
200
400
600
800
FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030
Recovery Poten
tial/ de
mand (%
)
REEs con
tents (ton/yr)
Dy (demand) Dy (Rec.)Nd (demand) Nd (Rec.)Pr (demand) Pr (Rec.)Rec./demand
→ Dem
and
Recovery
potential←
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)
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REEs回収ポテンシャルは需要量の35.4%に相当
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)
21
9.4%
20.1%
40.5%
67.4%92.1%
‐60%
‐40%
‐20%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
‐3,000
‐2,000
‐1,000
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030
Recovery poten
tial / dem
and (%
)
REEs con
tents (ton/yr)
Er (Rec.) Dy (Rec.) Tb (Rec.) Gd (Rec.) Nd (Rec.)Pr (Rec.) Ce (Rec.) La (Rec.) Er (demand) Dy (demand)Tb (demand) Gd (demand) Nd (demand) Pr (demand) Ce (demand)La (demand) Rec./demand
Recovery poten
tial ←
→ Dem
and
FY2010: 777 tons(260 t-La, 364 t-Ce, 35 t-Pr, 115 t-Nd, 2.5 t-Gd, etc,)
FY2030: 3,180 tons(1070 t-La, 1490 t-Ce, 144 t-Pr,469 t-Nd, 10 t-Gd, etc.)
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)
22
9.4%
20.1%
40.5%
67.4%92.1%
‐60%
‐40%
‐20%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
‐3,000
‐2,000
‐1,000
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
FY2010 FY2015 FY2020 FY2025 FY2030
Recovery poten
tial / dem
and (%
)
REEs con
tents (ton/yr)
Er (Rec.) Dy (Rec.) Tb (Rec.) Gd (Rec.) Nd (Rec.)Pr (Rec.) Ce (Rec.) La (Rec.) Er (demand) Dy (demand)Tb (demand) Gd (demand) Nd (demand) Pr (demand) Ce (demand)La (demand) Rec./demand
Recovery poten
tial ←
→ Dem
and
FY2010: 73 tons(24 t-La, 34 t-Ce, 3.3 t-Pr, 11 t-Nd,0.2 t-Gd, etc.)
FY2030: 2,930 tons(982 t-La, 1374 t-Ce, 133 t-Pr, 432t-Nd, 9.3 t-Gd, etc.)
NiMH電池ユニットが全量回収された際の
2030年度のREEs回収ポテンシャルは需要量の92.1%に相当
背景
24
• 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
推定手順
25
1台当たりPb含有量設定→初度登録年別、部品別
国内自動車使用台数の推定
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
ELV処理フロー中のPb分配率の設定→部品別
ELV廃棄台数推定ASR重量の推定→年度別推移(1990-2020)
ASR中のPb含有量、濃度推定→年度別推移(1990-2020)
1973
1980
1978
1976
1986
1984
1982
1992
1990
1988
1998
1996
1994
2004
2002
2000
2010
2008
2006
2016
2014
2012
Sel
ling
Yea
r
2020
2018
2016
2018
2020
2004
2006
2008
2010
2012
2014
1992
1994
1996
1998
2000
2002
Stockvehicles
Counting Year
1983
1986
1988
1990
Past
Past
Future
Future
ASR中のPb濃度の将来予測
26
0
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
1,600
FY1990
FY1992
FY1994
FY1996
FY1998
FY2000
FY2002
FY2004
FY2006
FY2008
FY2010
FY2012
FY2014
FY2016
FY2018
FY2020
Pb
conte
nt
in A
SR
(m
g-P
b/kg
-A
SR
) No reduction casePb maximum casePb minimum case
Yano et al. J Mater Cycles Waste Manage (2014) 16 (1):52‐61
• 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
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。
27