重要金属のリサイクルプロセスを効率化すれば、供給不足と環境負荷を軽減できるかもしれません

金属リサイクルの重要性

Mineral resources are inherently limited, and their extraction is energy-consuming and environmentally destructive. The mining industry is a major consumer of fresh water, an emitter of greenhouse gases, causing deforestation and pollution that can last decades if not centuries.

理論的には、金属は純粋な元素で構成されているため、プラスチックのような複雑な有機分子とは対照的に、最もリサイクルしやすい材料であるはずです。

しかし実際には、金属のリサイクルはしばしば不完全であり、エネルギー消費が大きすぎることが多いです。特に電子部品では、希少金属、カドミウム、チタン、タングステンなどの希少元素が原子レベルで複雑に混ざり合っています。

そのため、米国のライス大学と中国の清華大学の研究者らが、強力な電流を用いた全く新しい金属リサイクル手法を開発したことは大きなニュースです。彼らの成果は2024年9月25日（^th）に『Nature Chemical Engineering』に掲載され、タイトルは「電熱塩素化による金属の高速分離」です。

金属リサイクルの方法

現在の金属リサイクル

Currently, metal recycling mostly relies on 液体湿式冶金, or the dissolution of metals in liquid or alkaline water. However, this technique involves substantial water and chemical consumption with problematic secondary waste streams.

出典: MEAB

別の選択肢として高温冶金があります。これは基本的に混合金属をすべて溶かし、物理的特性（融点など）に基づいて再精製する方法です。しかしこの方法は選択性に欠けるため、結果として異なる金属が混ざったままになることが多く、また大量のエネルギーを必要とし、環境負荷が高くなります。

フラッシュジュール加熱（FJH）

Flash Joule Heating is a method that the research team leader, James M. Tour, has previous experience with グラフェン合成 and waste disposal.

出典: India Education Diary

FJHは、電流を材料に流すことで瞬時に極めて高温に加熱する手法です。加熱速度が速いため、材料は異なる物質へと変化します。

彼らはこの手法が金属抽出に応用できることを発見しました。また、さまざまな電子廃棄物にも広く適用できる可能性があります。特に、この手法は以下の分離が可能であることが証明されています：

• コンデンサからのタンタル。
• LEDからのガリウム。
• 使用済み太陽光フィルムからのインジウム。

この手法は水や酸、その他の溶剤を使用せずにこれらの結果を達成し、汚染を大幅に削減しました。多くの金属に適用できるだけでなく、反応条件を正確に制御することで最終生成物の純度は95％に達します。全体の収率は満足のいく85％でした。

たとえすべての金属を回収できなくても、この手法は水性または高温冶金で処理する必要がある廃棄物の割合を大幅に減らすことができます。

FJHの将来展望

汎用電子リサイクル

This method was here studied for recycling only some types of electronic waste. More work will be needed to assess it for other types of electronics in dire need of more efficient and environmentally friendly options, like for example batteries.

我々はこの手法を、廃棄物流から他の重要金属を回収するために適用しようとしています。

Dr. Bing Deng – 清華大学助教授、共同第一著者。

また、酸の少量との組み合わせでテストするなど、手法のさらなる改良が可能であり、総収率を向上させる方法が見つかる可能性があります。

「この画期的な技術は、重要金属の不足と環境への悪影響という喫緊の課題に対処し、より効率的な回収プロセスで世界規模のリサイクル産業に経済的インセンティブを与えます。」

Dr. Shichen Xu – Rice大学のポスドク研究員 / 共同第一著者。

鉱物抽出

Conceptually, there is very little difference between metal recycling and mineral extraction from natural ore. In both cases, the metal is embedded with other elements and needs to be forcefully separated to be purified and made usable by the industries needing it.

鉱業においても、精錬は大量の水と酸、あるいは極端な高温を使用して行われます。これが鉱業が論争的で環境破壊的である主な要因です。

したがって、この手法はリチウムやレアアース元素の抽出にも有望であると、Dr. Shichen Xuは述べています。

金属リサイクルへの投資

鉄やアルミニウムなど一部の金属はリサイクルが進んでいますが、電子廃棄物のようなより複雑な材料は依然としてほとんどリサイクルされておらず、貧しい国々では不衛生で汚染を伴う条件で処理されています。

一方、電気自動車、太陽光パネル、バッテリー、ヒートポンプ、そして小型電子機器はますます大量に生産され、数年でリサイクルが必要な材料の在庫が蓄積しています。

多くのブローカーを通じてリサイクル企業に投資することができ、こちらsecurities.ioで、米国、カナダ、オーストラリア、英国、およびその他多数の国々における最適なブローカーの推奨リストをご覧いただけます。

特定の企業を選びたくない場合は、Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV)、VanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS)、またはWisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) (WT ) などのETFを検討できます。これらはリサイクル産業へのより分散されたエクスポージャーを提供します。

金属リサイクル企業

1. Li-Cycle Holdings Corp 

すべての電子廃棄物の中で、バッテリーは最も問題の多いものかもしれません。

これは、バッテリーが多種多様な有害金属を含む極めて複雑な装置であるだけでなく、充電された状態で火災や爆発のリスクが常に存在するためです。そのため、通常条件下では比較的安全でも、リサイクルのために粉砕や溶解されると、まさに危険が増大します。

さらに、北米だけでも2023年から2030年にかけてバッテリーのリサイクル需要は6倍に急増すると予測されています。

出典: Li-Cycle

Li-Cycleの重要なセールスポイントは、バッテリーパックを完全に充電されたまま分解や放電なしで処理できる点です。

これは「バッテリー形状非依存」プロセスでもあり、メーカーやバッテリーの状態に関係なく、あらゆるリチウムイオンバッテリーに対応できます。業界はまだ特定の設計に統一されておらず、イノベーションが急速に進んでいるため、リサイクラーが長期的に効率的に作業できることが重要です。

全体として、同社は95％の回収率を達成し、使用済みバッテリーからバッテリーグレードの炭酸リチウムなど高品質な材料を製造できます。

出典: Li-Cycle

2023年および2024年初頭、同社はニューヨーク州ロチェスターにおける重要な加工施設の建設で巨額のコスト超過という障壁に直面しました。これは、北米、ヨーロッパ、アジアにわたる施設の急速な拡大の後に起きたことです。

完成しフル稼働すれば、ロチェスターハブは年間最大35,000トンのいわゆるブラックマス（実質的に粉砕されたバッテリー）を処理できる見込みです。

これは、2024年第2四半期に生産された1,394トンのブラックマスと比べて大幅な増加です。

出典: Li-Cycle

ロチェスターの完成資金を確保するため、Li-Cycleは2024年3月に鉱業大手Glencoreから7,500万ドルの投資を獲得しました。また、米国政府から3億7,500万ドルのローンを求めており、これは米国のIRA（インフレ抑制法）と超党派インフラ法に基づくグリーン政策と再産業化の推進の一環です。

DOEローンの手続きは現在かなり進んでおり、全6段階のうち第5段階に到達しています。ローンが承認されれば、ロチェスターでの建設は再開される見込みです。

出典: Li-Cycle

同社にとって別の逆風は、リチウム採掘業者を含むサプライチェーン全体に影響を与える低素材価格です。これに対応して、同社は従業員数を削減し、可能な限りコスト削減を行っています。

ロチェスターハブが成功すれば、同社はアラバマ州、アリゾナ州、ドイツに、3つの第3世代ハブ（ロチェスターは第2世代）を建設することを目指しています。

出典: Li-Cycle

2. Enviri

かつてHarscoとして知られていた同社は、産業廃棄物や鉱業廃棄物、金属（全売上の40％）に注力する廃棄物リサイクルの大手です。

同社は3つの部門に分かれています：

• Harsco Environmental：年間2,000万トンのスラグを処理し、アスファルト、舗装ブロック、研磨剤、屋根用シングル、肥料を製造しています。
• Clean Earth：有害廃棄物の処理を専門としており、年間560万個のランプ、530万ポンドのバッテリー、5,000トンの電子機器、340万立方メートルの汚染土壌、7,100万ガロンの廃水を処理しています。
• Rail：鉄道の保守・建設ソリューションを提供しています。

出典: Enviri

全体として、リサイクル/清掃部門が事業の大部分を占め、総収益の62％が北米から来ています。Clean Earthは急速に成長しており、2019年の数パーセントから2024年にはほぼ3分の1にまで拡大しました。

出典: Enviri

同社は、PFAS（ペルフルオロアルキル物質）、いわゆる「永遠の化学物質」の処理に大きな成長機会を見出しています。これらはますます懸念が高まり、より良い処理が求められています。EnviriのClean Earthが対応できるPFAS処分市場は、30億〜50億ドルに拡大すると予想されています。

同社は、PFASを埋立てや深層井戸注入処理ではなく、破壊できる追加の手法の特定にも引き続き注力しています。

我々は、破壊が長期的なリスクと負債を削減するための優れた技術であると考えています。

Elizabeth Peterson – Clean Earthチーフコマーシャルオフィサー

未処理の汚染（PFASなど）に対処する規制が増えるにつれ、Enviriのような企業は恩恵を受ける可能性が高くなります。また、グリーンスチールや炭素負荷のないアスファルトにも機会があります。

長期的には、同社は産業グループからグリーンエコノミー企業への転換を完了させるため、鉄道資産の売却を検討しています。しかし、規制や欧州における長期契約への影響の懸念から、売却には時間がかかり、現在は鉄道部門の売却が一時停止されています。