【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】15K12469 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

システム安全 / 製品安全設計 / リチウムイオン電池 / ライフサイクル / フォルトツリー解析 / 安全設計 / リサイクル / リユース / 環境負荷 / フォールトの木解析 / 難燃性電解液 / 事故事例分析 / 内部短絡 / シミュレーションモデル

【研究成果の概要】

リチウムイオン電池のライフサイクルを考慮した安全設計手法の開発のために、製品事故事例を調査を行った。最も事故例の大きい内部短絡事象について故障の木解析(FTA)による安全性分析と熱化学的現象シミュレーションを行った。短絡時の電極材料の不動態化のような本質安全設計の重要性を明らかにした。リチウムイオン電池の設計者のための安全設計アクティビティモデルを示すとともに、電池製造者、製品製造者、使用者が異なるというステークホルダー間の複雑性を考慮した制御構造モデルを提示し、各ステークホルダーの安全対策行動を明確にする提案を行った。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】リサイクル工学

【研究領域課題番号】22246118 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

廃棄物資源化 / 廃棄物処理 / リサイクル / 資源開発工学 / レアメタル / 熱処理 / 物理選別 / 化学処理 / RFID(ICタグ) / リュース / 水中爆砕 / 電子基板 / 液晶ディスプレイ / リチウムイオン電池

【研究成果の概要】

リサイクルによるレアメタル回収新技術として以下の選択破砕、物理選別、化学処理の技術を研究した。RFIDによる部品管理、ラマン分光による黒色材料のソーター選別、リサイクルの前処理として水中爆砕と機械破砕を組み合わせた選択的材料剥離、電子基板の炭化法による臭素除去と共に銅薄膜の回収および実装部品の熱処理と物理選別によるタンタルとニッケル回収、リチウムイオン電池からのコバルトとリチウム回収、廃超硬工具からのタングステン回収、液晶ディスプレイからのインジウム回収、研磨材中のジルコン回収、吸着法によるレアアース、ホウ素回収技術を開発した。また、一部は従来技術と比較し、循環型社会に取り入れる検討を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】39,000千円 (直接経費: 30,000千円、間接経費: 9,000千円)

【研究分野】環境技術・環境材料

【研究領域課題番号】17310048 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

解体 / リサイクル / 接合部 / 木質材料 / 圧密化 / 竹材 / シアプレート / 補強 / シアープレート / 接合具 / リユース / 解体材 / 圧密 / 変形性能

【研究成果の概要】

本研究は、年々深刻化する地球環境問題、とりわけ廃棄物処理の問題に対しての解決策のひとつとして、解体時に分別する必要がなく、ノコギリやチェンソーで切断することが可能な木材や竹材,またそれらを圧密強化した高性能木質材料を利用して、従来木造建築に多用されている金属製の接合具(釘やビス、プレート類など)の木質化を試みるものである。
シアプレート接合に着目し、木質シアプレートを製作するための材料として、竹材を用いた集成材やLPL、またそれらを圧密強化した材料、スギ材を用いた集成材やそれらを圧密強化した材料など、様々な材料を試作した。また、それらの材料の材料試験を行い、シアプレートへの適合性を検討した。
これらの成果より、木質シアプレート接合では、シアプレートに使用する木質材料の種類によって様々な性能の接合部を製作することが可能であり、鋼製のものと同等の強度性能を持つ接合部を実現すること、鋼製シアプレートの代用品として十分な接合性能を持つ木質シアプレートを開発することができた。またこの新しいシアプレートを用いて、その径や厚さが接合強度に与える影響を把握する実験を行った。これにより、径および厚さの適切な寸法を決定するための基礎資料が得られた。また、木質シアプレートのサイズによっては、既存のシアプレート設計法における端距離や縁距離の設定では、十分な耐力を発揮できない可能性が示唆された。
これらの一連の研究成果により、接合部を設計する際に用いる基礎的なデータを得ることができた。今後は、木質シアプレートを用いた接合部の設計式の提案、木質シアプレートの実用例としてトラス梁やモーメント抵抗接合への応用などの可能性について検討する必要がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】6,200千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 300千円)

【研究分野】環境影響評価・環境政策

【研究領域課題番号】16201007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リサイクル / リユース / 廃棄 / アジア / エコデザイン / パーソナルコンピュータ / 家電製品 / 多重システム / アジア地域 / 資源循環 / リサイクルコストモデル / 環境汚染 / 循環シミュレータ / IT機器 / 家電リサイクル

【研究成果の概要】

海外でのリユース部品価格、リサイクル材料価格、人件費や輸送費などのデータを用いて、アジア地域でのEOL製品流通モデルを作成し、費用・便益分析を実施した。対象製品は家電4品目とパソコン(PC)。分析結果は文献調査や聞き取り調査から得られたEOL製品流通実態と概ね一致し、EOL(End of Life)製品流通モデルの妥当性が確認された。今後の課題としては、経済側面のみではなく環境負荷を考慮した上で、最適なEOL製品の流通シナリオを設計し、その実現可能性を、ライフサイクルシミュレーションを用いて評価することなどが考えられる。
前記枠組みを踏襲して、使用済み自動車の日中循環の可能性、条件などについて分析を行った。日本で処理する場合と比べると、日本から中国に輸送し、中国で処理する方が、部品や素材の回収率が上昇し、収支も改善される可能性が高いことを示した。輸送コストの低減、残存物の無害化処理などが課題である。
PCを例題としたアジア循環モデルを詳細化、データの追加を行い、リスクを含めたシミュレーションを行った。その結果、国内と比較して環境調和性、経済性共に向上するのは製品や部品をリユースする場合であり、材料リサイクルのみでは条件を満たさないという結果となった。実際に使用済みPCも国外に流出し、材料リサイクルされている可能性も高いが、その相違は、ここでは適正な処理を想定していること、種々の不測の事態を表すリスクを評価に入れているが、現実ではリスクを考慮していない可能性があることが挙げられる。適正なアジア循環に向けて、トレーサビリティの確保が最大の課題であることが明らかになったが、シミュレーション上でトレーサビリティの有無をモデル化することが今後の課題として挙げられる。
2006年11月に、中国浙江省で、中国側の自治体および大学関係者と、第3回の日中循環経済シンポジュウムを開催し、現状の日中間での廃製品の移動状況、中国での廃製品リサイクルの現状等について議論を行った。この議論の内容をInderscience Publishersから論文集として2007年秋に出版する予定。
3年間の研究により、廃製品の流出は経済原則で動いており、各国間の経済格差が存在する限り、その流出は止まらない。環境の視点を入れた新しいリサイクルシステムの枠組みを、わが国だけではなく、アジア各国と協調して構築する必要があることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】29,900千円 (直接経費: 23,000千円、間接経費: 6,900千円)

【研究分野】建築構造・材料

【研究領域課題番号】15404020 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

解体 / 廃棄物規制 / 廃棄物マネジメント / リデュース / リユース / リサイクル / 有害廃棄物 / EU / 廃棄物 / 有害物 / 事前調査 / 中間処理施設 / 廃棄物削減 / 廃棄物処理施設 / ヒアリング調査 / 現地調査

【研究成果の概要】

日本における建設廃棄物をめぐる問題は深刻であり、建設廃棄物のリデュース、リユース、リサイクル、廃棄物処理施設の確保など、様々な課題への対策を行うことが急務とされている。
そこで本研究では、まずEU全体における廃棄物規制と、建設廃棄物の排出や処理の現状を調査した。そして、EUにおける建設廃棄物をめぐる動向や、EU全体としての方策について考察を行った。それから、オランダ、ドイツ、イギリス、フランス、オーストリア、イタリア、フィンランドのEU加盟7カ国とスイスにおける、建築解体工事と廃棄物処理に関する施策と現状について、文献調査、ヒアリング調査、現地視察を実施した。その調査結果をもとに、EU諸国における施策と現状の特徴について考察を行った。
以上の調査結果と考察を基にして、EUにおいて、廃棄物のリデュース、廃棄物のリユース・リサイクル、有害廃棄物の適正処分、のそれぞれを実施するための施策や技術開発、システムについて整理し、考察を行った。そして、日本における施策と現状についてまとめた上で、EUと日本における、廃棄物規制に対応した建築解体工事、廃棄物処理について比較を行った。それから、今後の日本における展開について考察を行い、これから構築すべき、建築解体・廃棄物処理モデルを示した。
今後の研究では、今回調査を実施したEU諸国の中で特に建設廃棄物に関する施策が充実していた、オランダ、ドイツ、イギリス、フランスについて、ざらに詳細な調査・分析を実施する。また、日本の建設廃棄物処理やリユース・リサイクルに関して追加調査を行い、EUと比較した日本の特徴を明らかにする。追加調査では、建設・設計段階や運用・改修段階における施策に関して、重点的に情報の収集を実施する。これらの追加調査と分析を実施する事によって、本研究で示した建築解体・廃棄物処理モデルをさらに発展させる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】6,100千円 (直接経費: 6,100千円)

【研究分野】建築構造・材料

【研究領域課題番号】13450229 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

鉄骨構造 / 環境負荷 / 廃棄物 / ライフサイクル / 構造駆体 / 耐震性能 / リユース / 損傷制御構造 / 柱梁接合部 / 座屈拘束ブレース / サステナブル / 実大実験 / 長寿命化 / 解析 / 半剛接合 / 実験 / リサイクル / CO_2排出量 / エネルギー

【研究成果の概要】

建築鉄骨構造のライフサイクルにおける環境負荷削減のシナリオとその評価を廃棄物重量とLCCO_2に着目して定量的に分析した。この結果から、建築構造の耐用年数を100〜150年程度にすると大幅な環境負荷低減ができる。それが叶わない場合には、CO_2排出量の観点から、鉄骨部材をリサイクルするのではなく、リユースするべきであることを明らかにした。
これらの研究成果を踏まえ、建築構造全体の長寿命化を第一に、それが叶わない時には部材のリユースを可能とする「サステナブルビル構造システム」の実現を図ることを提案した。この構造システムは、劣化した各部材、部品を取替えることにより、構造全体の持続性を図り、必要に際しては解体が容易で、リユースができる部材によって構成される損傷制御構造の一つの形式であり、重力を支持する柱梁からなる主架構を、たとえ大地震を受けても弾性域に留め、地震力を負担する制振部材のみに損傷を集約する。この構造システムの柱梁接合部には、大きな曲げモーメントが生じない新接合方法を採用し、柱と梁に制振部材としての座屈拘束ブレースを方杖のように設置する。この新柱梁接合方法の性能確認実験、部分架構実験を行い、構造特性を把握した。また、全体構造モデルの解析を行い、サステナブルビル構造システムの検証を行った。以下に得られた結論を記す。1)サステナブルビル構造システムの成立が可能である。2)この構造システムは、従来型の純ラーメン構造と同等以上の構造性能を有し、使用鋼材量を抑えることができる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】11,000千円 (直接経費: 11,000千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】08750299 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インバース・マニュファクチャリング / メンテナンス / 閉ループ型製品ライフサイクル / リユ-ス / リサイクル / 使用履歴モニタリング

【研究成果の概要】

環境問題解決のためには、製品ライフサイクルを閉ループ化するための、新しい設計、運用、リサイクル方法を開発する必要がある。この問題の解決のための枠組みとして、我々は「インバース・マニュファクチャリング」を提案してきた。
本研究の目的は、上記の課題の実現要素技術として、機械の使用履歴データを収集し、それに基づき保全、部品の再使用、リサイクルの計画を動的に行なう手法を提案することにある。本科研費研究の範囲では、機械の使用履歴データを収集するシステムを試作した。これにより以下の点を明らかにすることを目的としている。
・機械の劣化状態の把握、余寿命予測に有効なデータを収集可能であるか。
・一般に機械の寿命、劣化は設計時にある程度予測されているが、実際の使用環境下ではこの予測と異なる可能性が高い。この相違を明らかにする。
・一般のモニタリングが短期的な機械の状態決定に利用されるのに対して、本研究は長期的な劣化傾向管理、動作履歴の蓄積が目的であるという意味で大きく異なる。この相違を明らかにする。
ここで言う使用履歴データとは、機械を取り巻く使用環境、機械の操作、保全(故障、保全作業、部品交換等)に関する長期的な履歴データである。このような情報があれば、各部品の劣化状況の把握、余寿命の予測が適切に行なえると考えられ、さらに、設計変更、保全、再利用、リサイクルのための基礎データとして利用できる。
本研究では、複写機の機械系の部分の劣化を対象として実験機を構築した。本システムで取得するセンサ情報は14種類であり、さらに複写機内のコンピュータから情報を取得する。この実験システムで状態収集の試行的な実験を行ない、有効にデータが収集可能であることを検証した。ただし、問題点として、センサの信頼性、キャリブレーションの問題が明らかになった。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1996

【配分額】1,100千円 (直接経費: 1,100千円)