電子廃棄物は未開拓の金鉱で、活用が待ち受けている

廃棄物を文字通りの金に変えることができたらどうでしょうか？実際、コーネル大学の研究チームがその方法を見つけました。 

最新の研究は、2024年の最後の数日間にNature Communicationsに掲載され、電子廃棄物から貴金属を抽出する技術を提示しました。回収された金は、CO2を有機物質に変換する触媒として使用されました。

新たに開発された方法は、電子廃棄物の風景を変える大きな可能性を示しています。ですが、研究者が電子廃棄物を金に変える方法に入る前に、まず電子廃棄物の現状とその量を見てみましょう。 

The Rapidly Rising Toxic e-Waste

電子廃棄物（e-waste）とは、機能しなくなった、使用寿命が終わりに近い、または単に不要となった電子製品を指します。要するに、廃棄された電子機器です。 

興味深いことに、故障した電子機器だけがe-wasteに該当するわけではありません。再利用、再販、リファービッシュ、リサイクルを目的とした使用済みの電子機器もe-wasteとみなされます。

米国環境保護庁（EPA）は、e-wasteを10のカテゴリーに分類しています――大型家電、小型家電、IT機器、コンシューマーエレクトロニクス、照明器具、玩具、工具、医療機器、計測機器、そして自動販売機です。

技術の進歩により、ますます高度で革新的な製品が登場する現代において、e-wasteの定義は今後も拡大し続けると考えられます。

現在、スマートフォン、コンピュータ、ヒーター、ファンからプリンター、マッサージチェア、リモコン、トレッドミル、スマートウォッチ、心拍モニター、ケーブル、電源ユニットまで、すべてが電子廃棄物に該当します。

このすべてのe-wasteは、国連のGlobal E-waste Monitor（GEM）によれば、リサイクルされる速度の5倍以上の速さで増加しています。

2022年には、世界で6200万トンのe-wasteが発生しましたが、そのうちの4分の1未満しか適切に回収・リサイクルされていません。6200万トンという量は、世界最大・最重の旅客機10万7000機分に相当します。

カテゴリー別に見ると、電子タバコ、玩具、電子レンジ、掃除機などの小型機器がe-waste全体の33％を占め、そのうちリサイクル率はわずか12％です。携帯電話、ノートパソコン、ルーター、GPSデバイスなどを含む小型IT・通信機器は460万トンで、リサイクル率は22％にとどまります。

大型機器クラス、例えばモニターや温度交換装置などは、回収・再利用率が最も高いです。

報告書によれば、2022年にe-wasteに埋め込まれた金属の推定重量は3100万トンで、プラスチックが1700万トン、ガラスや鉱物などのその他材料が1400万トンです。

埋め込まれた金属の総価値は910億ドルで、銅が190億ドル、金が150億ドル、鉄が160億ドルを占めています。

世界のe-wasteの年間生成量は、現在年間260万トンのペースで増加しており、10年後には8200万トンに達すると予測されています。廃棄される太陽光パネルの重量は2030年までに4倍に増える見込みです。

報告書は、e-wasteの増加が続く一方で、リサイクル率は2022年の22.3％から2030年には20％に低下すると予測しています。

この低下は、e-wasteの急激な増加に対してリサイクル努力が追いついていないことが原因とされています。報告書は、消費の増大、社会の電化進展、技術の進歩、設計上の欠陥、修理オプションの不足、そしてe-waste管理インフラの不十分さを指摘しています。

しかし、各国が今後5年間でe-wasteの回収・リサイクル率を60％に引き上げることができれば、利益は380億ドル以上でコストを上回ります。

ただし、e-wasteに関する法整備は「世界的に真の課題が残っている」ため、実現は容易ではありません。報告書は、リサイクル率が低いのは、回収目標を設定している国が46か国にすぎず、リサイクル目標を設定している国はさらに少ないことが要因と述べています。

2023年には81か国がe-wasteに関する法規制を持っていましたが、4年前の78か国から大きく増えてはいません。 

電子廃棄物は増加しているだけでなく、非常に有毒です。埋立地の有害廃棄物の約70％は実はe-wasteです。

これは、ほとんどの電子機器に水銀、鉛、カドミウム、ベリリウムなどの有害物質が含まれているためです。これらの物質は環境に深刻なリスクをもたらします。 

他の廃棄物と同様に、e-wasteは埋立地だけで終わりません。e-wasteが埋立地に送られると、微細な痕跡として溶出し、そこに浸透して最終的に地下水に有害物質が流出し、周辺の淡水にも影響を及ぼします。

したがって、適切にリサイクルされない場合、e-wasteは環境と健康の両方に脅威となります。土地や水域への不適切な投棄、露天焼却、一般廃棄物と混合した埋立、手作業での分解などの不適切な処理は、有害化学物質を放出し、特に子どもや妊婦が影響を受けやすくなります。

廃棄されたバッテリーセルの処理方法についてはこちらをご覧ください。

Turning e-Waste into Gold & Achieving Sustainability

大量のe-wasteが山積みになる中、金が多く含まれていることが分かっている研究者は、一石二鳥を狙っています。 

金（Au）は、いくつかの特性により極めて価値が高い貴金属です。この黄色い金属は非常に延性が高く、耐久性にも優れています。金は自然界に比較的純粋な形で存在し、技術分野でも多くの用途があります。黄色い金属は、腐食しにくく電気伝導率が最も高いため、スマートフォン、コンピュータ、医療機器に使用されています。 

医療分野では、金ナノ粒子が診断を向上させ、標的治療を実現し、その生体適合性により外科用ツールやインプラントにも適しています。航空宇宙や宝飾品などの装飾品にも使用され、金は富を守る非常に人気のある手段でもあります。 

何世紀にもわたり、投資家は危機や経済不安、政治的不安定の時に安全資産としてこの金に頼ってきました。中央銀行も通貨の安定化手段として金を保有しています。

執筆時点で、金の価格は1オンスあたり2,664ドルで、2024年10月下旬の最高値2,790ドルからわずか4.5％下落しています。

しかし、この需要の高い天然資源は、時間がかかり、複雑で高コストなプロセスで抽出され、環境への犠牲を伴います。環境への影響を最小限に抑えるため、金のリサイクルが持続可能な代替手段として浮上しており、現在世界の金の約25％がリサイクルされています。

この持続可能なアプローチへの転換の中で、研究は「欠陥電子機器は金回収の貴重な貯蔵庫である」と指摘しています。

金の幅広い用途、需要の高まり、そして消費者の環境意識の高まりにより、e-wasteから貴金属を回収する革新的な方法が求められています。

金のリサイクルは、金を他の材料から化学的に分離する高度な技術を利用します。これにより、リサイクル金の純度が確保されます。

従来は、シアン化物などの有害な化学薬品を使用してe-wasteから金を回収していましたが、e-waste1トンから抽出できる金は、鉱石から得られる金の約10倍です。シアン化物は極めて有毒で環境リスクが高いです。 

コーネル大学の研究者がドイツの研究者と協力して開発した手法は、有害な化学薬品を使用せず、化学吸着を利用して電子廃棄物から金を回収します。 

研究チームは、軽量で製造が容易なテトラジン系ビニル結合共有有機骨格（VCOF）を2種類合成し、廃棄電子基板から金イオンと金粒子を抽出しました。これらのVCOFは高い光電流応答と低バンドギャップを持ち、末端アルキンのカルボキシル化も触媒します。 

共有有機骨格（COF）は多孔性結晶材料で、エネルギー貯蔵や化学センシングなど様々な用途が期待されています。チームはテトラフェニルエチレン（TPE）とテトラチアフルバレン（TTF）を基盤にしたVCOFを製造しました。

研究によると、TTF-COFの水性Au(III)吸着容量は2440 mg g⁻¹、TPE-COFのAu(III)吸着容量は1639 mg g⁻¹です。 

結果として、VCOFはデバイスから最大99.9％の金を選択的に捕捉し、ニッケル（Ni）や銅（Cu）はそれぞれ5％、2％にとどまりました。

TTF-COFが優れた金吸着性能を示す理由は、硫黄が豊富であり、硫黄が金の析出に重要な役割を果たすからです。 

したがって、硫黄含有有機化合物が高い吸着容量を示すのは納得できます。さらに、TTF-COFは最大16回の洗浄と再利用が可能で、吸着効率の低下がほとんどありません。

方法の選択性について、Abbaspourradは他の金回収手法は選択性が低く不純物が混入すると指摘しています。電子機器に使用される貴金属の量が多いため、「欲しい金属、すなわち金を選択的に捕捉できることは非常に重要です」と述べています。

しかし、この新しい手法の可能性はそれだけにとどまりません。目的に合わせて設計されたCOFは、e-wasteを「価値ある触媒」として有用なグリーン有機変換に利用できます。

二酸化炭素を有機物質に変換するプロセスは、常圧CO₂下で華氏122度（摂氏50度）でのカルボキシル化により実現されました。

「CO₂を付加価値材料に変換することで、廃棄物処理の負担を減らすだけでなく、環境的・実用的な利益も提供します。環境にとってのウィンウィンです。」

– 主著者 Amin Zadehnazari（コーネル大学農業・生命科学大学 食品科学部のAlireza Abbaspourrad教授の研究室に所属するポストドクトラル研究者）

Companies Involved in e-Waste Management

次に、電子廃棄物の管理・リサイクルに貢献している注目すべき企業をご紹介します。

1. LKQ Corporation

同社は自動車やその他の車両の修理用代替部品・特殊部品の主要サプライヤーであり、自動車部品や素材のリサイクルにも関与し、電子廃棄物管理に貢献しています。現在、LKQは北米のアフターマーケット衝突部品流通において支配的な地位を占めています。

時価総額は94.8億ドルで、株価は現在36.49ドル（年初来-0.71％）です。EPS（TTM）は2.70、P/E（TTM）は13.52です。配当利回りは3.29％で、安定した受動的収入を求める投資家に魅力的です。

2024年第3四半期の売上高は36億ドルで、0.5％増加しました。調整後純利益は2億3000万ドルでした。フリーキャッシュフローは6億6100万ドルで、現金配当7900万ドルと株式買戻し1億2500万ドルを通じて株主に2億ドルを還元しました。 

同期間に取締役会は株式買戻しプログラムを10億ドル増額し、総額4.5億ドルに拡大し、さらなる価値還元が可能となりました。

2. Republic Services

同社は環境サービスプロバイダーで、非有害固体廃棄物の収集、リサイクル、処分サービスを提供しています。電子機器、電球、バッテリーのリサイクルにおいては、別々の郵送キットを提供し、機器のデータを「7回」消去した上で処分します。

時価総額は645億ドルで、株価は現在205ドル（年初来+2.1％）です。EPS（TTM）は6.25、P/E（TTM）は32.48です。配当利回りは1.13％です。

2024年第3四半期の売上高は6.5％増加し、純利益は5億6570万ドルでした。年初来の営業キャッシュフローは29億ドルで、株主への還元は総額8億3430万ドル（株式買戻し3億2950万ドル、配当5億0480万ドル）でした。

「第3四半期の好調な業績は、戦略的優先事項の実行の直接的な結果です。」

– CEO Jon Vander Ark

3. Waste Connections

同社は固形廃棄物サービス企業で、廃棄物の収集、転送、処分、リサイクルを提供しています。公式サイトによれば、テレビやコンピュータモニターなどの電子廃棄物も受け入れています。危険な材料を埋立地から排除し、よりクリーンでグリーンな未来を目指しています。

時価総額は450億ドルで、株価は現在174.38ドル（年初来+1.37％）です。EPS（TTM）は3.64、P/E（TTM）は47.42です。配当利回りは0.73％です。

2024年第3四半期の売上高は23億3800万ドルで、前年同期比13.3％増加しました。純利益は3億800万ドルで、前年同期比17.3％増、四半期配当は10.5％増額されました。年初来の営業活動による純キャッシュは16億6000万ドル、調整後フリーキャッシュフローは10億4400万ドルでした。

Conclusion

デジタル化の進展とそれに伴う電子機器の消費増加により、e-wasteは急速に増加しています。新モデルの頻繁なリリース、低いリサイクル率、短いイノベーションサイクル、製品寿命の短縮がこの問題の要因です。 

しかし、コーネル大学の最新研究は、画期的で製造が容易な手法を提示し、e-wasteを大きなチャンスに変えています。この手法は、e-wasteを持続可能な資源に変換し、金という高価値資産の回収と、e-wasteや金採掘による環境リスクの緩和という二重の利益をもたらします。 

このような研究は、消費主義と技術進歩が前例のないスピードで高まる現代において極めて重要であり、廃棄物が問題ではなく、単に活用を待つ資源である未来への道筋を示しています！

e-wasteの処理が重要金属の不足緩和や環境負荷の軽減にどのように役立つかについては、こちらをご覧ください。