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D2-09, P2-04
第 7 回日本ＬＣＡ学会研究発表会講演要旨集（2012 年３月）
WIO－MFA による鉄鋼製品の国際貿易に随伴する Cr, Ni, Mo フロー解析
Substance Flow Analysis of Cr, Ni and Mo
Associated with International Trade of Steel Products based on WIO-MFA Model
○大野 肇*1)、松八重 一代 1)、中島 謙一 2)、中村 愼一郎 3) 長坂 徹也 1)
Hajime Ohno, Kazuyo Matsubae, Kenichi Nakajima, Shinichiro Nakamura, Tetsuya Nagasaka
1) 東北大学大学院 2) 国立環境研究所 3) 早稲田大学
*[email protected]
1.
み合わせることで国際貿易に随伴するレアメタルのフロ
モデルを利用して実施する。これは、産業間の上から
下への序列的相互依存のヒエラルキー構造を仮定した
解析である。以下にモデルの概要を示す。投入係数行
列( A )に、物質フローフィルタ(Φ)および歩留まり行列
(  )を乗じることにより、各部門における直接投入に
~
よる製品と材料に関しての組成行列 A を求める。この
関係は次式により表される。𝐴𝐴̃ = Γ  (Φ  𝐴𝐴)（ は
アダマール積）ここで、加工度について考えると、(a)
資源は地球環境から採取され生産はされない。(b)素材
は資源から生産される。(c)製品は素材と製品から生産
される。と定義し、さらに製品間における加工度の違
いを考慮すると、製品の構成素材行列( CMP )は、次式に
より表される。
𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊
𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀
= 𝐴𝐴̃𝑀𝑀𝑀𝑀 (𝐼𝐼 + 𝐴𝐴̃𝑃𝑃𝑃𝑃 + 𝐴𝐴̃2𝑃𝑃𝑃𝑃 + 𝐴𝐴̃3𝑃𝑃𝑃𝑃 ⋯ )
= 𝐴𝐴̃𝑀𝑀𝑀𝑀 (𝐼𝐼 − 𝐴𝐴̃𝑃𝑃𝑃𝑃 )−1
~
ここで、A
は製品に対する材料投入係数行列、I は単
MP
~
位行列であり、 A
は製品への製品投入係数行列であ
PP
る。
ーを分析することを目的とした。WIO-MFA は中村らによ
2.2 国際貿易随伴レアメタルフロー
はじめに
鉄鋼生産プロセスには様々な元素が随伴している。特
に、2005 年には 1485 千トンものレアメタルがフェロア
ロイとして投入されており、この量はレアメタルの国内
消費量の約 95%を占めている 1)。これらのレアメタルは
主に近年わが国においてその生産量は増加傾向にある特
殊鋼材の生産に用いられる 2)。
日本はレアメタル国内消費量のほぼ全量を海外から輸
入している 1)。前述のとおり、これらのレアメタルは主に
特殊鋼を生産する際の合金元素として用いられ、最終的
に様々な製品に組み込まれる。もし、それらの製品が輸
出されなければ、含まれるレアメタルはスクラップとし
て再び鉄鋼生産プロセスに戻ってくる。しかし、実際日
本は様々な鋼材や鉄鋼製品を輸出しており、相当量のレ
アメタルがそれらの製品に随伴して輸出されている。
このような背景から、本研究では WIO-MFA(Waste
Input-Output Material Flow Analysis)3)と貿易統計情報 4)を組
って開発された MFA の手法であり、産業連関分析(IOA)
国際貿易随伴鉄鋼合金元素フロー解析に際し、
を拡張したモデルである。WIO-MFA の特徴として、製品
𝐸𝐸𝐺𝐺𝐺𝐺 = 𝐶𝐶𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑇𝑇𝐺𝐺𝐺𝐺 の数式により国𝐷𝐷との物品𝐺𝐺の貿易に随伴
組成を素材の段階まで遡って分析できる点が挙げられる。
この特徴により、その素材が最終的に何に、どのくらい
含まれるかだけではなく、他に何と一緒に存在するのか
する素材量を推計した。𝑇𝑇𝐺𝐺𝐺𝐺 は国𝐷𝐷との物品𝐺𝐺の貿易量を
表しており、𝐶𝐶𝑒𝑒𝑒𝑒 には WIO-MFA により得られた製品マ
テリアル組成行列𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀 を用いた。WIO-MFA を用いるこ
とにより従来 MFA では把握しきれなかった合金元素の
を知ることができる。
今回は鉄鋼主要合金元素である Cr, Ni, Mo に注目し、
国
用途を網羅的に把握することができる。スクラップに関
内で生産される鉄鋼製品に随伴する合金元素フローを解
しては中古品の貿易に関する定義付けが困難であったた
析すると共に製品の貿易に伴う合金元素の移動量を定量
め、今回は鉄鋼スクラップのみを考慮した。
化することを目的とした。
3. 結果
2.
図 1 から図 3 に WIO-MFA により得られた各合金元素
解析モデル
2.1 WIO-MFA モデル
総務省が発行する産業連関表の最新版である 2005 年
表を元に、鉄鋼関連部門及び素材部門を金額表記から物
の製品輸出随伴量上位 10 部門を示す。3 元素共にステン
レス鋼及び自動車関連製品に随伴した輸出量が多くなっ
ている。ステンレス鋼がトップの Cr, Ni に対して Mo は
量表記に変換し、MFA を可能とした。また、産業連関表
乗用車がトップとなっている。これは Mo が各種特殊鋼
において複数の産業及び製品が統合されている部門のう
に広く用いられていることに起因し、自動車が多種多様
ち鉄鋼随伴の合金元素フローを解析するに当たり重要な
の特殊鋼によって製造されているということを示唆して
部門(特殊鋼熱間圧延鋼材、フェロアロイ等)を種々の統計
いる。Cr, Ni, Mo それぞれの間接輸出量は 318kt, 80kt,
5),6)を元に細分化することで WIO-MFA Table を作成した。
解析は、行列の三角化(もしくは三角形化)に基づく
7kt であり、国内一次投入量の 627kt, 178kt, 30kt と比較
すると、Cr と Ni ではその半数程度が海外へ製品として
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第 7 回日本ＬＣＡ学会研究発表会講演要旨集（2012 年３月）
予想されるため、大量の合金元素がアジア諸国へ流出す
輸出されている事がわかる。
ることが考えられる。
4. まとめ
資源小国である我が国においては、限りある資源の
有効利用が求められる。今回の結果により明らかとな
った実際に我が国に留まる合金元素の量を価値ある都
市鉱山として捉え、持続可能な循環型社会の構築する
ことが重要である。
図 1 Cr 間接輸出量上位 10 部門
図 4 世界地域別鉄鋼材輸出随伴合金元素量
図 2 Ni 間接輸出量上位 10 部門
図 5 世界地域別最終製品輸出随伴合金元素量
謝辞
本研究の一部は科研費若手研究 A（23686131）ならび
に環境省平成 23 年度自動車リサイクル連携高度化等支
援事業、文部科学省グローバル COE プログラム「材料イ
図 3 Ni 間接輸出量上位 10 部門
ンテグレーション国際教育研究拠点(東北大学)」の助成
支援を受けたもので ある。記して謝意を申し上げる。
また、図 4 に世界の地域別鋼材輸出随伴合金元素量、
図 5 に同じく世界の地域別輸出製品随伴合金元素量を示
参考文献
1)
す。鋼材に関してはアジア向けの鋼材輸出に随伴する合
鉱物資源マテリアルフロー2006, JOGMEC (石油天
然ガス金属鉱物資源機構),2008
金元素量が群を抜いて多く、近代における同地域の急激
2)
特殊鋼需給統計, 日本鉄鋼連盟
な発展を裏付ける結果となった。製品に関しては鋼材と
3)
S.NAKAMURA
and
K.NAKAJIMA,
Transactions, 46 (12), (2005), pp.2550-2553
は対照的に、欧米に対する輸出に随伴する合金元素量が
多く見積もられた。これは先進国向けの自動車輸出に伴
4)
貿易統計, 財務省
ったものであるが、アジアも北米と並ぶ随伴量があり、
5)
普通鋼地域別用途別受注統計, 日本鉄鋼連盟,
今後は発展を続けるアジア向けの輸出が増加することが
6)
鉄鋼統計年報, 経産省
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Materials