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

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

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

１．解体調査に基づいた

廃自動車の資源ポテンシャル

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

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

Light

vehicle

(1999)

Light

vehicle

(2009)

Typical

class CV

(1997)

Luxury

class CV

(1997)

HEV

(1998)

EV

(2011)

We

ig

h

t 

(ton

s)

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  room 25.6% Interior  front 74.4%

Light vehicle (1999)

Engine  room 8.5% Interior  front 75.3% Interior  seat area 15.4% Exterior  others 0.8%

Light vehicle (2009)

Total

820 g/ELV

Total

1000 g/ELV

Interior  front 93.3% Interior  seat area 6.7%

Typical class CV (1997)

Interior  front 60.7% Interior  seat area 1.1% Interior  rear 30.6% Exterior  others 7.7%

Luxury class CV  (1997)

Total  740 g/ELV Total 4100 g/ELV Engine  room 13.9% Interior  front 60.1% Interior  seat area 2.3% Interior  rear 14.2% Exterior  others 9.6%

HEV (1998)

Engine  room 39.8% Interior  front 22.9% Interior  seat area 1.1% Interior  rear 34.0% Exterior  others 2.3%

EV (2011)

Total 3800 g/ELV Total 7900 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 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 Other critical metals and rare

earths defined by METI

Others

Conventional vehicle ( N = 5) Hybride vehicle ( N = 14)

Common metals Critical storage metals categorized in 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 /

ve

hi

cl

e)

Conventional vehicle

Hybrid 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 Cd Cr  (V I) Mg As Hg Br Common metals Critical storage metals categorized 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)

W

ei

g

ht

of

ma

g

nets

in hy

br

id t

ransm

ission

(g

/v

ehicle)

REEs cont

ent

(

g

/v

ehicle)

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 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 Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Re Pt Au Hg Tl Pb Bi Co n ten 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

２．ハイブリッド車の

レアアース元素回収ポテンシャル

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

b

er

 of

 en

d

‐of

‐life

 HE

Vs

（m

illio

n

）

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

m

and

 (%)

REEs

 con

tents

 (ton

/y

r)

Dy (demand)

Dy (Rec.)

Nd (demand)

Nd (Rec.)

Pr (demand)

Pr (Rec.)

Rec./demand

→ 

Dema

nd

Re

cov

ery

pote

ntial

←

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

m

and

 (%)

REEs

 con

tents

 (ton

/y

r)

Dy (demand)

Dy (Rec.)

Nd (demand)

Nd (Rec.)

Pr (demand)

Pr (Rec.)

Rec./demand

→ 

Dema

nd

Re

cov

ery

pote

ntial

←

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

Rec

o

ve

ry

 po

te

nt

ia

l /

 dem

and

 (%

)

REEs

 con

ten

ts

 (to

n

/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

Re

cove

ry

 po

te

nti

al

 ←

→ 

De

man

d

FY2010: 777 tons

(260 La, 364 Ce, 35 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

Rec

o

ve

ry

 po

te

nt

ia

l /

 dem

and

 (%

)

REEs

 con

ten

ts

 (to

n

/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

Re

cove

ry

 po

te

nti

al

 ←

→ 

De

man

d

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, 432

t-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

３．使用済み自動車中の

鉛削減効果の将来推定

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 S e llin g Y e a r 2020 2018 201 6 201 8 202 0 200 4 200 6 200 8 201 0 201 2 201 4 199 2 199 4 199 6 199 8 200 0 200 2 Stock vehicles Counting Year 198 3 198 6 198 8 199 0 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

cont

ent

i

n AS

R (mg

-Pb/k

g-AS

R)

No reduction case

Pb maximum case

Pb 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。

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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