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鉄鋼循環チェーンにおける不純物制御によるリサイクル高付加価値化(令和 2年度)
Increasing added value with impurities control in steel cycles

予算区分
CD 文科-科研費
研究課題コード
1820CD005
開始/終了年度
2018~2020年
キーワード(日本語)
産業エコロジー,リサイクル
キーワード(英語)
industrial ecology,recycle

研究概要

多くの素材リサイクルに共通の課題は不純物の混入である。不純物量だけでなく、様々な発生源と様々な処理により、そのバラツキが大きいことが課題である。しかし、そのバラツキは観測が困難であり定量されてこなかった。そこで本課題では、バラツキを含め不純物の制御によって、高付加価値なリサイクルを実現するためのモデルを構築する。
本課題で構築するモデルは、リサイクル性に優れた鉄鋼材を対象に検討するものの、他の素材のリサイクルにおいても適用可能な部分も多いと考えている。本課題では、産業エコロジーによるアプローチとして鉄スクラップの管理による不純物元素の混入量とバラツキの制御可能性と、冶金学によるアプローチとしてリサイクル材の特性における不純物に対する感度の同定の双方を中心的課題とする。使用済み製品の発生から再生材の凝固プロセスまでを通して、鉄鋼材の機能が劣化しない循環システムの構築ならびに技術の確立を目指す。

研究の性格

  • 主たるもの:基礎科学研究
  • 従たるもの:行政支援調査・研究

全体計画

主に産業エコロジーのアプローチとして、(1)不純物濃度と分散の同定と(2)混入源の同定を、主に冶金学のアプローチとして(3)精錬での除去と凝固での不純物元素の挙動解明を実施し、それらのアプローチを融合することで、鉄鋼循環チェーンを通してリサイクルの高付加価値化のための方策を検討する。NIESは、主に産業エコロジーのアプローチに取り組む。

[H30]
 (1)不純物偏析の調査、非鉄金属成分の調査、共存関係の分析
 (2)IO-MFAモデルの応用、極低濃度元素の調査
 (3)高濃度領域での影響、物理化学的基礎データの解析・整備
[H31]
 (1)処理方法による分布の調査
 (2)混入源の同定
 (3)物理化学的基礎データの解析・整備
[H32]
 (1)分散を低減する処理方法の可能性検討
 (2)混入回避の可能性検討
 (3)スクラップブレンディングおよび無害化・有効利用の可能性検討

今年度の研究概要

時系列試料のサンプリングについては、現在の結果を分析することで、得られている結果の持つ信頼区間を同定するとともに、その信頼区間を考察に必要となる幅まで小さくするためのサンプル数を同定し、試料サンプリングを進める。サンプルに含まれる極微量不純物の情報を引き続き集めるとともに、メンテナンスが完了したLA-ICPTOFMSを活用し、鋼材中に含まれる不純物元素の偏析状況を明らかにする予定。溶鉄中に溶解する種々の元素の活量におよぼすトランプエレメントの影響についてさらに調査を進め、脱酸、脱硫反応など製鋼プロセスの主要反応における循環性元素の影響予測・定量化を可能とする熱力学データベースを完成させる。それら不純物が特性に与える影響について、既存の知見の整理をおこなう。さらに、鉄鋼材に要求される各材料特性と、その特性を必要とする需要先ならびに需要量に関して、需要統計とJIS規格を接続するモデルを開発して明らかにし、トランプエレメントの混入に対してロバストな循環システムの構築に向けた知見を整備する。特に、硫化銅析出を支配すると考えられる偏析挙動への不純物濃度の影響を明らかにすることで、組織学からトランプエレメントが機械的性質に与える影響を考察する。物質と価値の散逸回避効果の推計モデルの開発について事例研究を通じてモデルの改良と精緻化を進める。また、WIO-MFA表の整備に際しては、2011年表(および2015年表)の作表に向けて、2000年版および2005年版の情報などをもとに産業連関表等推計のためのノンサーベイ法に準じた数理計画問題に基づく手法を適用することで推計を進める。日本以外の国・地域における自動車リサイクルと、関連する鉄鋼資源循環に着目し、各地域・国における精錬技術(産業)の差異により、循環に伴う資源の散逸・拡散がどの程度起こりうるのかを定量的に把握する。

外部との連携

醍醐 市朗(研究代表者、東大)、林 英男(都産技研)、小林 能直(東工大)、小野 英樹(富山大)、松八重 一代(東北大)

課題代表者

中島 謙一

  • 資源循環・廃棄物研究センター
    国際資源循環研究室
  • 主任研究員
  • 博士(工学)
  • 工学,材料工学
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