成果報告書詳細
管理番号20160000000536
タイトル平成27年度成果報告書 希少金属代替省エネ材料開発プロジェクト 希少金属代替材料開発等の中長期戦略立案に関する検討
公開日2016/7/7
報告書年度2015 - 2015
委託先名三菱UFJリサーチ&コンサルティング株式会社
プロジェクト番号P08023
部署名材料・ナノテクノロジー部
和文要約1.目的
資源リスク、日本の産業競争力の強化、エネルギー問題等の社会課題の解決といった観点から、コバルトとセリウムの2鉱種をケーススタディとして、全世界のマテリアルフロー、リスク分析、元素の有効活用や材料の性能向上の視点を加味しながら今後行うべき技術開発を提案した。
2.マテリアルフロー(サプライチェーン)分析
コバルトの需要は、リチウムイオン二次電池(LiB)、スーパーアロイ、工具向けの需要が伸びている。需要が大きく、今後の伸び率が高いものとして、ガス・蒸気タービンやジェットエンジンに使用されるコバルト基スーパーアロイがある。セリウムはガラス研磨剤として大量に使用されていたが、代替技術の開発の導入が進み、2011年以降大きく需要を減らしている。ガラス研磨剤に代わって大きな需要を占めているのが自動車排ガス助触媒向けであり、自動車生産の増加に伴い、今後も引き続き需要の増加が見込まれている。
3.主要国における技術開発動向
コバルトを使用する製品、技術全体について特許の出願動向をみると、リチウムイオン二次電池正極材に関する技術での出願が最も多く、この分野では日本からの特許出願が最も多い。次いで出願数が多いのがコバルト基スーパーアロイに関する技術分野であるが、この分野では欧米からの出願が多く、日本からの出願は少ない。コバルト基スーパーアロイは、材料のユーザーである航空、宇宙、電力等の重工業分野の企業からの出願が多く、高温強度や耐熱性の向上、耐酸化性の向上等、製品性能向上のために材料に要求される機能に関する内容が多い。セリウムを使用する製品、技術全体について特許の出願動向をみると、紫外線吸収剤、固体電解質、水素吸蔵合金に関連する特許の出願が多く、これらの分野には日本、米国、欧州が注力している。今後セリウムの主な需要先となる自動車排ガス助触媒については、高温環境下での性能維持を目的とした耐熱性や熱安定性に関する技術に関するものが主となっている。
4.NEDOとして今後行うべき研究開発の検討
次世代に向けた材料開発プロジェクトでは、「資源の機能発現効率を高める(ハイリスク資源の使用を減らし、機能を向上させる)」という目的を掲げ、ここから「(社会課題の一つである)エネルギー問題の解決に貢献する」といった波及効果を目指す。このような観点から本調査では「マテリアルフロー(サプライチェーン)分析」および「技術開発動向」をもとに「スーパーアロイ」、「自動車排ガス触媒」を今後行うべき研究開発として挙げ、具体的な数値目標の提案を行った。
英文要約1. Purpose
Two minerals, cobalt and cerium, are selected for case studies from the standpoint of solving the social issues of resource risks, enhancement of competitiveness of Japanese industries, and energy problems. The perspectives of material flow throughout the world, risk analysis, effective use of elements, and improvement in material performance are added to this proposal for potential future technical development.
2. Material flow analysis based on supply chains
The demand for cobalt is increasing for applications in rechargeable lithium-ion batteries (LiB), super alloys and machine tools. Cobalt-based super alloys generate great demand and grow at a high rate as used for gas and steam turbines and jet engines.
While a large amount of cerium has been used as glass abrasives, implementation of alternative technology advances, and demand has significantly decreased since 2011. Vehicle emission gas promoters take the place of glass abrasives to compose a large part of the demand, and they are expected to increase continuously in the future as vehicle production increases.
3. Technology development trend in major countries based on patent documents
According to an examination of the trend of patent applications with regard to overall products and technology that use cobalt, the largest part of applications are about the technology related to positive electrode material for rechargeable lithium-ion batteries, and the number of applications filed from Japan is the largest in this area. The second largest part of applications is about the technology area of cobalt-based super alloys. In this area, the number of applications from Western countries is large and the number from Japan is small. As for cobalt-based super alloys, there are many applications by companies in heavy industry areas of aircraft, aerospace, and electricity, which are the users of the materials, and many applications are about material functions to improve product performance, including high-temperature strength, increase in heat resistance, and improvement in acid resistance. According to an examination of the trend of patent applications with regard to the overall products and technology that use cerium, many applications are about ultraviolet absorbers, solid electrolytes, and hydrogen storing alloys, and Japan, the USA, and Europe make efforts in these areas. Regarding vehicle emission gas promoters, which are the main future uses for cerium, the majority is about technologies related to heat resistance and thermal stability for the purpose of maintaining performance in a high-temperature environment.
4. Study on future research and development that should be addressed by NEDO
The material development project for the next generation sets a goal of increasing the function-developing efficiency of the resource (the use of high-risk resources is decreased and the function is improved) and the ripple effect contribution to solving energy problem, which is one of the social issues. From these perspectives, this survey has listed super alloys and vehicle emission gas catalysts as research and development that should be carried out in the future according to the material flow (supply chain) analysis and the technology development trend and proposed concrete numerical goals.
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