希少価値のある循環経済を構築する方法

Yong Geng は、中国、上海 200240 の上海交通大学環境理工学部の環境管理教授です。

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Joseph Sarkis は、米国マサチューセッツ州ウースターのウースター工科大学の経営学の教授であり、フランスのバランシエンヌにあるオー・ド・フランス工科大学の TEC-LOGd 委員長です。

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ライムント・ブライシュヴィッツは、ドイツのブレーメンにあるライプニッツ熱帯海洋研究センター (ZMT) の科学ディレクターです。

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希土類元素は電子廃棄物から抽出できます。 クレジット: Christophe Archambault/AFP via Getty

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二酸化炭素排出量を実質ゼロにする競争を推進するテクノロジーの多くの間には、重要な化学的つながりがあります。 太陽電池はネオジム、ジスプロシウム、テルビウムを使用して太陽光を効率的に電力に変換します。 発光ダイオードは、その発光をユーロピウムとジスプロシウムに依存しています。 ネオジムとサマリウムは、風力タービンや電気モーターで使用される強力な磁石の成分です。 これらの元素はすべて、ランタンからルテチウムまでの周期表上の 15 個のランタニドにスカンジウムとイットリウムを加えた 17 個の「レアアース」のグループの一部です。

希土類元素 (REE) の需要は急速に増加しています。 たとえば、1 メガワットの風力エネルギーを生成するには、約 170 キログラムの希土類希土類が必要です1。これは、米国北東部の約 900 世帯に電力を供給するのに十分です。 これらの元素の世界的な使用量は、2005 年の約 60,000 トンから 2030 年には 315,000 トンまで 5 倍に増加すると予測されています1。

しかし、それらの入手可能性は限られています。 中国、米国、ロシアは世界のレアアース埋蔵量の 56% と生産量の 76% を管理しています (go.nature.com/3h1aeji および「レアアースの上昇」を参照)。 10年以上にわたり、地政学、新型コロナウイルス感染症パンデミックの余波、そして今回の戦争により、世界のサプライチェーンが混乱し、価格が不安定になってきた。 ほぼ10年間比較的安定していた後、2020年と2021年に一部のREE価格は3倍または5倍に上昇しました。

出典: 米国地質調査所

希土類資源を管理し、各国が他国を締め出すための地政学的競争が存在します。 REE 市場は「ゼロサム」ゲームであり、ある国や企業の利益が別の国や企業の損失となり、純利益はありません。

米国と欧州のグリーン産業は、政治的理由から中国とロシアの輸出を控えているため、これらの重要な材料の不足に直面している。 多くの国が輸入源を制限しながら、国内の探査や採掘を強化している。 たとえば、2022 年に米国国防総省 (DoD) は、ネバダ州ラスベガスに本拠を置く MP マテリアルズ コーポレーションに対し、同社のカリフォルニア州生産施設で重希土類元素を処理するための 3,500 万米ドルの契約を締結しました。 2023年1月、スウェーデンの国有鉱山会社LKABは、現在ヨーロッパ最大となる膨大な希土類元素鉱床を発見したと発表した。

REE の市場も分散しており、非効率です。 これらの要素はニッチ商品であり、例えば鉄鋼やアルミニウムの生産を管理する大規模複合企業ではなく、主に中小規模の、ほとんどが国営企業によって少量生産および使用されています。 REE はスマートフォンなど多くのテクノロジーに不可欠ですが、REE の世界市場の価値は原油商品の価値のわずか 0.18% に過ぎず、投資家を敬遠させています (go.nature.com/43avjku を参照)。 ミャンマーなど世界の一部の地域では、REE が違法に取引されています (go.nature.com/43e4tzx を参照)。

もう 1 つの問題は、REE が直接採掘されず、通常はボーキサイトや鉄鉱石など、他の種類の採掘の副産物である鉱物から抽出されることです。 しかし、多くの実行可能な鉱山廃棄物は未処理のままです。 REE バリューチェーンは、膨大な量のエネルギーと水を消費し、汚染物質と炭素排出物を放出します (「レアアースの循環経済」を参照)。 1 キログラムの REE 酸化物を精製すると、40 ～ 110 キログラムの二酸化炭素（等価）が生成されます2。 1 トンの REE 酸化物を精製すると、1.4 トンの放射性廃棄物、2,000 トンの廃棄物、および重金属を含む 1,000 トンの廃水が生成されます3。