什么是城市矿山？

什么是城市矿山？

2023/03/01

资源循环是供应链创新和众多技术的结合。 “城市采矿”也通过结合多种技术而取得进展。回收方法根据金属的特性而有所不同，所需的技术包括废品的拆解和分类、回收有用的金属、收集均质金属、精炼和加工。产业技术研究院正在以城市矿山为首的资源循环领域进行研究开发。这次我们采访了环境创造研究部的大木龙也。

城市矿山需要什么

　自20世纪90年代以来，“生态”、“回收”等表示环保的词语开始频繁使用。 “城市采矿”一词于20世纪80年代提出，是指从城市产生的废品中回收金属资源并在这些产品中重新利用。如今，它被定位为解决资源回收和碳中和等必须在全球范围内解决的问题的一组技术之一。

　日本的大部分资源依赖进口。近年来，生产和物流日益受到冲突、灾害和传染病的干扰。未来，可以说，不仅从环境角度，而且从经济角度，都需要回收各种物质资源。

对金属资源的看法发生变化

　2010年，由于中国卷入尖阁列岛问题，“城市矿山”一词在日本引起广泛关注稀土*1。这对日本工业界造成了巨大冲击，精密设备和其他高科技产品所必需的材料的确保问题成为了讨论的话题。

日本是稀有金属*²，并通过使用这些资源制造和出口高科技产品在世界市场上赚取利润。这个前提已经动摇了。因此，我们开始专注于废品回收，但由于稀有金属价格突然下跌等因素，这种情况并没有持续多久。

　然而，金属资源有限，未来供应担忧不可避免。除了已经可以回收的贵金属（金、银、铂、钯等）和贱金属（铁、铝、铜等）之外，我们还需要建立能够经济、稳定地收集和回收稀有金属废品的系统和技术。

回收方法和值因金属而异

对于金属资源，我们认为采取多种回收并一定量储存的策略很重要。我们不知道何时以及哪些资源会变得不安全。我觉得要能够应对国际形势，均衡市场价格。

　然而，回收和再利用的方法因金属而异，并且金属的重要性随着时间的推移而变化。例如，钴已用于锂离子电池。然而，最近在中国，EV（电动汽车）正在改用磷酸铁基锂离子电池，而使用钴的锂离子电池中钴的比例正在下降，资源回收所需的角色正在逐渐发生变化。

　一级铝被回收制成窗扇和其他产品，而劣质铝则被制成汽车发动机所用的压铸材料。然而，随着电动汽车的普及和发动机产量的下降，人们担心回收铝将无处可去。

　钽还用于安装在印刷电路板上的电容器。目前，钽正在被其他类型的电容器所取代，并且只能从计算机板中回收少量的钽。如果发生这种情况，从废弃计算机中回收钽的动力就会减弱，钽等稀有金属将继续用作道路和混凝土的基础材料。

过去，仅从特定产品中回收特定金属是主流，但随着所使用金属的变化，回收也需要改变。此外，为了应对不可预测的供应不稳定，制定定期流通大量金属和材料的策略非常重要。

什么是“水平回收”和“梯级回收”

　这里重要的是“水平回收”和“梯级回收”的概念。后者是级联回收，即回收成价值低于原始产品的产品。级联回收还涉及使用铝进行压铸和使用钽进行路基材料。有些物品可以多次回收，但基本上都是被用来做某事并被社会吸收，而不是变成废物。另一方面，横向回收是指回收成与使用它们的原始产品相同的产品。如果我们能做到这一点，我们就可以“回收资源”并多次利用它们。金属的横向回收可以说是充分利用收集系统和技术，创造相当于天然矿山的资源。

　与塑料的价值在于其脆弱的“分子结构”不同，金属的价值在于其牢不可破的“元素本身”，因此非常适合水平回收。然而，目前只有铜和一些贵金属被水平回收。这是因为在回收时，即使金属浓度相对较低，冶炼也是有利可图的。如果在回收工厂将金浓缩至10 ppm，将铜浓缩至百分之几，将钽浓缩至约20％至30％，则其余部分可以通过在冶炼厂生产锭来横向回收。

　许多其他金属无法水平回收，除非它们的浓度高于这些金属，因此许多金属都是级联回收的。梯级回收也有阶段性，使用昂贵的钽作为路基材料等方法虽然有助于减少废物（填埋量），但不能称为有效的回收。

　因此，AIST 的目标是战略性地扩大金属的水平回收，并正在以“战略城市矿山”的名义进行研究。

努力实现资源循环

2013年，产业技术研究院建立了SURE（战略城市矿业研究基地），汇集了跨部门的资源循环相关研究人员，正在研究改进回收技术、金属回收的冶炼技术、促进资源循环的产品设计以及预测废品数量等技术。

　资源流通需要企业之间的合作。因此，成员包括私营企业、行业组织、地方政府、政府机构等SURE 联盟株式会社株式会社于2014年成立，旨在提高金属资源流通率，扩大城市矿山市场，实现日本回收设备产业及回收工厂的国产化。

　分离技术开发中心 (CEDEST) 成立于 2018 年，是 SURE 的举措之一。我们将其作为国家项目的研发基地，目前正在为世界上第一个自动化和自主回收工厂开发设备。除了与参与企业独立开发单个设备外，我们还在开发集成整个系统的无人分拣系统。目的是使废品拆解和分类速度比传统人工方法快10倍以上，对废零件进行分类，分离效率达到80%以上。

在这里，我们目前正在开发一套系统，可以一一识别和拆解2000多种型号的智能手机、数码相机、摄像机、平板电脑等，安全地取出电池，并从电路板上提取稀有金属。我们计划在2023年安装一个示范工厂。

　要实现资源循环，就必须形成回收设备市场。日本的资源回收企业大多是中小企业，设备投资有限。我认为我们不仅需要扩展关于设备的知识，还需要扩展关于设备如何工作的知识。

虽然我们希望首先优先推进国内资源循环，但未来我们还应该考虑日本回收设备的全球扩张。我认为如果回收设备也能出口到亚洲国家那就太好了。我认为重要的是要表明，通过引入先进的回收技术，可以在当地使用的优质回收资源的数量增加，使日本当地的工厂可以使用它，并且对引入它的国家也有好处。

　我们需要创造扎根于日本工业的资源循环技术和系统，而不是追随欧洲和其他国家的技术。我想从更广阔的角度描绘日本的产业和社会应该是什么样子，以构建未来的资源循环型社会，以及需要什么样的技术来实现这一目标。
 

*1稀土：钪、钇和属于镧系元素的 17 种元素的总称。钕对于许多工业产品都是不可或缺的，例如用于生产永磁体。特别是镝、铽等被称为重稀土的元素非常稀有。[返回来源]

*²稀有金属：分布量相对较少的金属的总称，如镍、钴、铂、稀土等。过去选取47种元素（31种矿石，其中17种稀土元素为一种矿种），但现在已扩大到55种元素。稀土是世界通用的学术术语，但稀有金属是日本特有的分类，并且是政策术语，根据国家的不同有不同的名称和类型。[返回来源]