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

１．解体調査に基づいた

廃自動車の資源ポテンシャル

4

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

２．ハイブリッド車の

レアアース元素回収ポテンシャル

15

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

３．使用済み自動車中の

鉛削減効果の将来推定

23

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

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