エネルギーを生み出す7つの希少金属 チップ、電池、磁石
ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、タンタルは、特殊な電子部品や光学部品の製造に用いられます。リチウムはリチウムイオン電池の電荷を運び、コバルトは特定の正極材料の化学組成を支えます。ネオジムは強力な永久磁石の製造に役立ちます。これらの金属の価値は、希少性だけではなく、特定の化合物、合金、または部品が持つ特性によって決まります。
デバイスはこれらの材料のうち複数を使用する場合がありますが、必ずしも7種類すべてを含むとは限りません。その依存関係を理解するには、まず部品、その材料仕様、そして設計で使用可能な代替材料から始める必要があります。
「レアメタル」とは「希土類元素」を意味するものではありません。
工業用語において、レアメタルとは、小規模な専門市場で使用される材料を指す曖昧な用語です。単一の化学種を指すものではなく、地中に存在する量を正確に表すものでもありません。回収、精製、あるいは部品製造が限られているため、入手が困難な材料となる場合があります。
希土類元素は、ランタノイド15種にスカンジウムとイットリウムを加えた、明確に定義されたグループです。ネオジムは、この7つの物質リストの中で唯一の希土類元素です。ゲルマニウムは厳密には半金属ですが、業界ではしばしばマイナーメタルや特殊金属と並べて議論されます。「重要鉱物」は、経済的重要性や供給の脆弱性を考慮した、政策に依存する別の指定です。DOEによる希土類元素の説明とRSCによるゲルマニウムのプロファイルを参照してください。
したがって、有用な比較は、元素 → 機能材料 → 部品という順序である。純粋なガリウムは完成したGaNトランジスタではなく、ネオジムを含む磁石は純粋なネオジムの塊ではない。
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| 材料 | 便利なフォーム | 貢献できる分野 | 想定してはいけないこと |
|---|---|---|---|
| Ga・ガリウム | ガリウムヒ素（GaAs）、窒化ガリウム（GaN） | 厳選された高周波、電力、および光電子デバイス | ほとんどのチップはガリウム化合物で作られていない。 |
| Ge・ゲルマニウム | 金属、光学化合物、半導体材料 | 赤外線光学部品、光ファイバー、特殊電子機器 | 光学ガラス添加剤と赤外線レンズは、異なる形状を必要とする。 |
| インジウム | 酸化インジウムスズ（ITO）、リン化インジウム（InP） | 透明電極および光通信デバイス | ディスプレイ電極はプロセッサとは異なる部品です。 |
| Ta・タンタル | タンタル酸化物誘電体を用いた粉末陽極 | 小型電解コンデンサ | タンタルコンデンサは、同等の値を持つ他のコンデンサと互換性があるわけではありません。 |
| Li・リチウム | リチウム含有電極材料および電解質塩 | リチウムイオン電池（LFPを含む） | 従来のリチウムイオン電池は、バルク状のリチウム金属負極を必要としない。 |
| コバルト | コバルト含有カソード化合物 | LCO、NMC、NCAバッテリーファミリー | LFP正極材にはコバルトは使用されていません。 |
| Nd・ネオジム | ネオジム鉄ホウ素（NdFeB）磁石材料 | 選定されたモーター、発電機、スピーカー、アクチュエーター | すべてのモーターが希土類永久磁石を使用しているわけではない。 |
この要素は出発点に過ぎない
供給業者は、回収した材料を工場で使用できる形態に変換する必要があります。半導体製造には、純度と結晶または層の特性を厳密に管理する必要があります。コンデンサには、適切な粉末と信頼性の高い誘電体が必要です。モーターには、動作条件に適した磁石のグレード、形状、およびコーティングが必要です。
これは、入手可能な鉱石、あるいは入手可能な金属でさえ、必ずしも良質な部品が入手可能であるとは限らない理由を説明する。
電子機器と光学機器を支える4つの材料
これらの材料は、電子システムにおいて様々な役割を担っています。一部は能動半導体デバイスを形成し、その他はディスプレイ、レンズ、または受動部品として機能します。
リチウムとコバルトは電池において異なる役割を果たす。
リチウムは電荷移動に関与する
充電式リチウムイオン電池では、電池の充電と放電に伴ってリチウムイオンが電極間を移動します。この電池はリチウム含有材料と電解質を使用しており、「リチウムイオン」という名称は、従来の電池にバルク状の金属リチウム負極が含まれていることを意味するものではありません。
したがって、ニッケル系正極からリン酸鉄リチウムに切り替えても、リチウムが除去されるわけではありません。正極の化学組成とそれに伴う材料要件が変わるだけです。
コバルトは陰極の化学組成に依存する
コバルトは、リチウムコバルト酸化物（LCO）、ニッケルマンガンコバルト（NMC）、ニッケルコバルトアルミニウム（NCA）系の正極材の構成要素の一つです。その含有量は組成によって異なります。リン酸鉄リチウム（LFP）正極材には、コバルトもニッケルも使用されていません。
したがって、「この製品はリチウムイオン電池を使用しています」というだけでは、コバルトへの依存を立証するには不十分です。電池の型番と化学組成を明記してもらう必要があります。米国エネルギー省（DOE）による正極材中のコバルトに関する説明や、オーストラリア政府によるリン酸鉄リチウム（LFP）電池との比較も、この区別を裏付けています。
左右にスクロールして、化学名全体を比較してください。
| 陰極ファミリー | リチウムを含んでいますか？ | 陰極にコバルトを使用していますか？ |
|---|---|---|
| LCO（リチウムコバルト酸化物） | はい | はい |
| NMC（リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物） | はい | はい。割合は変動します。 |
| NCA（リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物） | はい | はい。割合は変動します。 |
| LFP（リン酸鉄リチウム） | はい | いいえ |
化学組成の変更は製品の変更を意味します。セルを交換するには、電圧制限、エネルギーおよび電力要件、熱特性、充電制御、物理的な適合性、および検証要件を確認する必要があります。円筒形の形状が共通しているからといって、互換性があるとは限りません。
電池の化学組成は、すべての端子、バスバー、または筐体の材質を規定するものではありません。組み立て作業においては、接合する材料を個別に指定してください。バッテリーのレーザー溶接に関するページでは、その製造工程について説明しています。
ネオジムは小型の永久磁石を可能にする
ネオジムはNdFeB磁石材料の構成要素です。その強力な磁気特性により、一部のモーター、発電機、スピーカー、アクチュエーターにおいて、コンパクトな磁気アセンブリを実現できます。動作材料は純粋なネオジムではなく、合金ベースの磁石です。DOE ARPA-E MAGNITOプログラムは、 Nd₂Fe₁₄B磁石システムの重要性について説明しています。
磁石の選定は、用途全体によって決まります。グレード、形状、動作温度、減磁耐性、耐腐食性など、すべてが重要です。室温定格が高いだけでは、高温のモーターでも磁石が機能するとは限りません。
モーター設計によっては、希土類永久磁石の代わりに誘導型やスイッチトリラクタンス型などの代替方式を採用しているものもあります。いずれかを選択することでモーターと制御システムが変更されるため、単に材料を交換するだけではありません。米国エネルギー省（DOE）のモーター概要では、これらの異なるアーキテクチャについて解説しています。
具体例として、2台の電気自動車を比較してみましょう。
LFPバッテリーとNdFeB永久磁石トラクションモーターを搭載したEVは、正極にコバルトを使用せずに済む一方で、モーターにはネオジムを使用する。NMCバッテリーと誘導トラクションモーターを搭載したEVは、これら2つの組み合わせにおいて逆のパターンを示す可能性がある。その他の車両コンポーネントによって、さらに依存関係が加わる場合もある。
これは建築設計の一例であり、部品表の実測値ではありません。「EV」という表記だけでは、コバルトや希土類元素の含有量を特定できない理由を示しています。
供給が制約される可能性がある場所
供給不足は、買い手が注目している段階とは異なる段階で発生する可能性がある。鉱石生産量、精製原料生産量、認定部品生産能力は、それぞれ別の指標である。
- 1. 材料を回収する採掘するか、他の材料の加工工程から回収する。副産物の回収は、対象となる産業によって部分的に左右される。
- 2. 精製または分離する不要な元素を除去し、適切な化学物質または金属を生成する。生産能力は要求仕様に適合しなければならない。
- 3. 使いやすい形式に変換する下流工程で必要となるターゲット、粉末、陰極材料、半導体構造、または磁性材料を製造する。
- 4. コンポーネントを認定する当該部品が製品の電気的、光学的、磁気的、または信頼性に関する要件を満たしていることを実証する。
例えば、USGSの報告によると、2025年には世界の一次低純度ガリウム生産量の99%を中国が占めた。この統計は、特定の上流生産段階について述べているものであり、中国がすべてのGaNデバイス、すべての高純度ガリウム、または特定の製品に含まれるガリウム含有部品の99%を生産したことを意味するものではない。出典：Mineral Commodity Summaries 2026、ガリウム。
濃縮度は、材料によって均一に変化するわけではありません。IEAの2026年見通しでは、 2025年には主要鉱物のほとんどで精製濃縮度が上昇すると報告されていますが、希土類元素は例外でわずかに減少しています。単一のパーセンテージで7つのサプライチェーンすべてを説明することはできません。
請求書以外の情報源も確認してください。2つの部品供給業者が同じ精製業者や加工業者に依存している可能性があります。どの上流工程が独立しているのか、代替部品は既に承認されているのか、供給業者が実際にどの程度の生産能力と納期を約束できるのかを尋ねてください。
代替とリサイクルは異なる問題を解決する
関数を置き換えてから、設計を検証する
代替は、材料が担う役割から始まる。電力スイッチング回路の設計は、別の半導体技術で評価される可能性があり、バッテリーは別の正極材を使用する可能性があり、モーターは別のアーキテクチャを採用する可能性がある。それぞれの方法によって、性能、パッケージング、制御、製造方法などが変化する可能性がある。
選択肢を比較する前に、受け入れ基準を設定してください。例えば、スイッチング段の変換損失と熱制限、バッテリーパックの使用可能エネルギーと充電制限、モーターのトルクと温度性能などです。代替品が要求される基準を満たせない場合、材料への曝露が少ないからといって、それが適切な代替品となるわけではありません。
製造廃棄物と使用済み製品のリサイクルを分別する
清潔で分別された製造スクラップは、混合廃棄物とは異なります。使用済みのコーティングターゲットや既知の製造残渣は、多くの材料を含む破砕されたデバイスよりも、より管理された原料を提供できます。米国地質調査所（USGS）は、2026年の商品に関する章で、ITOスクラップからのインジウム回収とその他の材料の回収ルートについて文書化しています。
完成品の場合、回収、解体、濃縮、回収率、そして回収された製品の品質はすべて、製造工程に戻せるものに影響します。「リサイクル可能」というだけでは、地域にリサイクルプロセスが存在すること、回収が経済的であること、あるいは製品が特定の部品仕様を満たしていることを保証するものではありません。
リサイクル業者に、投入原料、回収材料、回収基準、および最終処分先を明示するよう依頼してください。回収率、処理収率、およびリサイクル含有率はそれぞれ異なる質問に対する回答であり、互換的に使用すべきではありません。
調達決定を行う前に要求すべき事項
まずは実際の部品またはアセンブリから始め、次に上流工程へと進めていく。有益なサプライヤーとの話し合いでは、以下の4つの点を明確にすべきである。
- 依存関係: 部品番号、材料表示または化学組成、およびそれを必要とする機能が必要です。「スマートフォン」や「EV」といった最終製品ラベルだけでは不十分です。
- 必要なフォーム： グレード、純度または不純物の許容範囲、寸法、および性能仕様を確認してください。見積もられた材料が金属、化合物、ターゲット、粉末、または完成部品のいずれであるかを確認してください。
- 承認された供給ルート： 製造拠点、関連する上流加工業者、変更通知に関する取り決め、および代替品の認定状況などを考慮する必要があります。販売者の住所だけでは、原材料の原産地を特定することはできません。
- 変化の証拠： 代表的なサンプル、該当する試験結果、利用可能な生産能力、および合意された納入条件。再生材含有率については、その計算根拠とトレーサビリティの範囲も要求してください。
分析証明書は、バッチの組成や純度を裏付けるものですが、完成品の信頼性を証明するものではありません。原材料申告書は原材料を特定するものですが、予備生産能力を証明するものではありません。それぞれの文書を、実際に裏付けることができる決定事項と照らし合わせてください。
ソースとさらなる読み物
上記の生産量は2025年のもので、2026年の米国地質調査所（USGS）の概要に掲載されています。機器の例は、材料の役割を説明するものであり、普遍的な部品表を示すものではありません。
- USGS—鉱物商品概要 2026ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、タンタル、リチウム、コバルト、希土類元素の章。
- IEA（国際エネルギー機関）－世界の重要鉱物資源見通し2026、概要供給の集中と多様化。
- エネルギー省（DOE）— 希土類元素 (NAIST) と RSC — ゲルマニウム用語と分類。
- インフィニオン ― シリコン基板上のGaNおよび炭化ケイ素基板上のGaNデバイスプラットフォームの違い。
- 京セラAVX - 高信頼性固体タンタルコンデンサ：陽極と誘電体の構造。
- 米国エネルギー省 ― コバルトへの依存度を低減する (NAIST) と オーストラリア政府 ― 電気自動車と環境陰極の違い。
- 米国エネルギー省（DOE）－電気モーター研究開発モーターアーキテクチャ。
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