Measuring carrying capacity of steel material from the perspective of closed-loop supply chain
本論文は、上流工程における損失を主要な制約条件として特定する定量的枠組みを構築することにより、クローズドループ・サプライチェーン内におけるマイクロエンタープライズ・レベルへと環境収容力理論を拡張し、スクラップのリサイクル率を高めることが一次鉄鉱石需要を大幅に削減できることを、中国の主要鉄鋼メーカーのデータを用いて実証するものである。
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鉄鋼は現代文明の骨格であり、橋を支え、摩天楼の枠組みを作り、車両の形を成す素材である。数十年にわたり、それを生産する業界は、単純で直線的な論理に基づいて運営されてきた。すなわち、地面から鉄鉱石を掘り出し、それを溶かし、鋼鉄へと変え、使用し、そして最終的には廃棄するというものである。このアプローチは、私たちが知る世界を築き上げてきたが、今、大きな壁に突き当たっている。新鮮な鉄鉱石の供給は有限であり、それを掘り出すコストは変動しやすく、抽出と加工に伴う環境負荷を無視することは不可能になりつつある。中国のような国々がこうした圧力に直面する中で、新たな問いが浮上している。もし、ある製鉄会社が新しい岩石を掘り起こすことだけに依存し続けた場合、一体いつまで操業を続けられるのか。そして、すでに作られた鋼鉄の中で生きる術を学んだ場合、その寿命はどれほど延びるのだろうか。
これは「環境収容力（キャリング・キャパシティ）」という概念の領域である。この言葉は通常、生態学において、食物が尽きる前にどれだけの動物を森林が支えられるかを問う際に用いられる。鉄鋼の世界において、研究者たちは伝統的に、この概念を国家全体の埋蔵量や国の生産量に適用してきた。しかし、清華大学をはじめとする研究チームは、国の平均値は個々の企業の将来についてほとんど何も教えてくれないということに気づいた。彼らは、環境収容力を単なる地下の岩石という静的な限界としてではなく、ループを閉じることで生き残るための動的な能力として再定義しようと試みた。鉄スクラップを廃棄物としてではなく、炉へと再び投入できる不可欠な資源として扱うことで、クローズドループ（循環型）システムが製鉄所の寿命を根本的に延ばせるかどうかを検証したのである。
これに答えるため、研究チームは中国の経済における鉄鋼の動きを詳細にモデル化し、鉄鉱石が採掘される瞬間から、建物が解体され中の鋼鉄がリサイクルされる瞬間までを追跡した。彼らは2010年から2020年までのデータを分析し、業界の代謝における明確な変化を見出した。システムは、高抽出・高廃棄のモデルから、より多くをリサイクルするモデルへと緩やかに移行していた。しかし、分析の結果、隠れたボトルネックが明らかになった。材料の最大の損失は、古い鋼鉄が捨てられた時ではなく、むしろプロセスの初期段階、つまり新しい鉱石の採掘と製錬の際に発生していたのである。鉱石を加工する際、かなりの部分が尾鉱（テール）やスラグとして失われる。つまり、掘り出すために費やされたエネルギーと資金は、鋼鉄が作られる前に無駄になっているのだ。このフロントエンドでの損失が、企業が自らを維持する能力を絶えず削り取る要因となっている。
次に、チームは需要が増大し、やがて減速していくという確立されたモデルを用いて未来を予測した。彼らの予測によれば、中国の新規鋼鉄需要は2030年頃にピークを迎え、その後は新しいインフラを構築することから、既存の構造物を維持・交換することへとシフトする。このタイミングは極めて重要である。なぜなら、過去数十年にわたって築かれた膨大な量の鋼鉄が、その寿命を迎え始める時期と一致するからである。研究者たちは、利用可能なスクラップ鋼鉄の最初の大きなピークが2、30年後には到来すると算出し、それは巨大な新たな資源プールを生み出すことになる。問いはこうだ。もし製鉄会社がこのスクラップを効率的に捕捉することができれば、彼らの生産能力にどれほどの変化をもたらすだろうか。
一連のシミュレーションを用いて、チームは典型的な大規模製鉄所がスクラップ鋼鉄のリサイクル率を高めた場合に何が起こるかをテストした。彼らは、植物が控えめな量の再生材を使用するベースラインのシナリオと、より積極的にスクラップを探索し処理する積極的なシナリオを比較した。結果は驚くべきものだった。最も高度なシナリオ、つまり植物が大幅に多くのスクラップをリサイクルする場合、新しい鉄鉱石の必要量は急激に減少した。研究者たちは、リサイクル率が10パーセント上昇するごとに、10年間における新しい鉄鉱石の総必要量が15パーセント近く減少することを発見した。この減少は単なる原材料コストの節約にとどまらない。それは、企業の存続期間というタイムラインを根本的に変えるものである。
シミュレーションは、リサイクルと事業の寿命との間に直接的な関連性があることを示した。リサイクル率が上がるにつれて、企業が利用可能な資源を使い果たす年数は、さらに遠い未来へと押しやられた。企業が完全にリサイクル鋼鉄に依存するという理論的なシナリオでは、資源供給は実質的に無限となり、リサイクルプロセス自体で発生する物理的な損失によってのみ制限されることになる。現実世界の製鉄所にとって、リサイクル率のわずか10パーセントの上昇は、事業寿命を20年近く延ばす可能性がある。これは、新しい鉱山を建設するための一般的な回収期間を超える期間である。このことは、リサイクルの能力が単なる環境上のボーナスではなく、企業の生存を決定づける主要な要因であることを示唆している。
研究チームは、中国の三大製鉄メーカーの実際のデータを用いてモデルの検証を行ったが、その結果は揺るぎないものであった。すでに優れたリサイクルシステムを備えている企業は、自社の鉱山に大きく依存している企業と比較して、改善の余地が異なっていた。広大な鉄鉱石埋蔵量を所有している企業にとって、スクラップへの切り替えは、サプライチェーンの中で最も高価で損失の多い部分を代替するため、キャリング・キャパシティに劇的な向上をもたらした。一方で、すでにリサイクルを上手に行っている企業にとっては、その恩恵は小さかった。これは、彼らにとっての次のステップが、単に「もっとリサイクルすること」ではなく、「より良くリサイクルすること」、つまりスクラップを高品質な鋼鉄に適した純度まで精製することであることを示唆している。
本研究は、製鉄会社が自らの未来を測定するための新しい方法を提示している。単に地中にどれだけの鉱石を所有しているかを見るのではなく、施設への材料の流入と流出を管理する能力を考慮した「キャリング・キャパシティ指数」を算出することが可能になった。この研究は、鋼鉄産業の持続可能な道筋が、クローズドループの習得にあることを裏付けている。スクラップ鋼鉄を収集、選別、洗浄するためのインフラに投資し、それを取り扱う技術をアップグレードすることで、製鉄会社は地球の地殻の枯渇から成長を切り離すことができる。この転換を行うための窓は、今まさに開かれつつある。鋼鉄の新規需要が横ばいになり始め、古い鋼鉄の供給が増え始めているからである。この移行に向けて今日から準備を進める企業こそが、明日もまた、築き続けることができるのである。
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