100億体のヒューマノイドロボットに必要な莫大な量の金属

今を生きていることは、実にワクワクするものです

この10年間で、私たちはかつては想像もできなかった電気自動車や自動運転車への移行を目の当たりにしてきました。そして今日、私たちは世代を超えた変革の始まりに立っており、早ければ2040年までに、地球上で私たち人間と共に、数千、数百万、ひいては数十億ものヒューマノイドロボットが存在するようになるでしょう。

テスラの創業者イーロン・マスク氏は、2040年までに地球上で100億台のヒューマノイドロボットが稼働するようになると予測している。Midjourneyの創業者ブレット・ホルツ氏もマスク氏の見解に同意しているが、自身は2060年代までに稼働するヒューマノイドロボットが1,000億台に達し、その大半が宇宙空間で活動するようになると見通している。

大胆な長期予測はさておき、今日、私たちは間違いなく、商用規模でのヒューマノイドロボットの生産と導入の幕開けを迎えている。これは、大手自動車メーカーやスタートアップ企業がこぞって電気自動車（EV）の量産開始を目前に控えていた2010年の状況と似ている。

2040年までに、2万ドルから2万5000ドルの価格帯のヒューマノイドロボットが少なくとも100億台存在するようになるだろう

– イーロン・マスク | 第8回フューチャー・インベストメント・イニシアティブ会議

金属の山

では、これらの予測はどの程度実現可能なのでしょうか？

現在、ヒューマノイドロボットの平均重量は約60キログラムであるため、100億台のロボットを生産するには、約6億トンの原材料が必要になると推測される。その大部分は、モーター、バッテリー、配線、その他の部品に使用される金属である。

背景として、ヒューマノイドロボットに使用される主要な重要素材である銅、リチウム、ニッケル、コバルト、黒鉛、希土類元素の世界生産量は、昨年合わせて3,000万トン未満にとどまっており、今後待ち受ける課題の大きさがうかがえる。

さらに、2040年までに人口100億人に達するために必要なロボット生産量の増加規模は（世界の電球の総数に匹敵するほどであり）、とてつもないものと言わざるを得ず、正気の沙汰とは思えないほどだ。

2030年までに世界の年間生産台数が500万台（かつヒューマノイドロボットの既存台数が1,000万台）と仮定すると、累計100億台の台数を達成するためには、2040年まで年平均成長率（CAGR）99％という驚異的なペースで生産を拡大する必要がある。

この成長ペースが続けば、2040年までに世界の生産能力は年間50億台近くに達することになり、必要な原材料（主に金属）6億トンのうち、約半分が2040年だけで必要となることになる。

言うまでもないが、この見通しはあり得ない、不合理であり、ほぼ間違いなく不可能だ――そうではないか？

未来のロボットの皆さんへ：差し迫った供給不足を何とか解決してください

もし、そのまさに同じロボットたち――つまり、驚異的な需要の伸びを牽引してきた存在が、同じ期間に、計り知れない鉱山供給の増加をも牽引するようになったらどうなるだろうか？　この問題は、同時に解決策の鍵となる可能性もあるのだろうか？

理論上は、確かにその通りです。この惑星には、ほぼあらゆる需要のシナリオを満たすのに必要な金属や鉱物がすべて存在しています（地球の質量から水を差し引いた値＝^6×10²⁴kg）。しかし、現在の採掘技術では、私たちが暮らすこの「玉ねぎ」の表面からわずか数マイクロメートルしか掘り進めることができません。

資源採掘業界におけるロボット技術の活用拡大は、今後数年間で新たな深層や供給源を開拓する上で間違いなく役立つだろう。しかし、こうした進歩やそれによって可能になる供給量の増加は、100億体のヒューマノイドロボットを稼働させるために必要な莫大な量の金属に比べれば、微々たるものに過ぎない。

現在の世界的なNdFeB生産量の186倍

間違いなく、希土類磁石――特にロボットのモーターやアクチュエータに広く使用されているNdFeB磁石――は、ロボット産業にとって最大の障壁となっている。

2040年までに100億台のヒューマノイドロボットを生産する場合、現在の世界の年間NdFeB磁石生産量の186倍に相当する量が消費されることになり、ロボット用だけで、同年までに世界の磁石生産能力を93倍に増強する必要が生じる。

FeNなどの代替磁性材料や、誘導電動機や電磁励磁式同期電動機などの代替モーターを採用することで、希土類の供給問題を緩和できる可能性がある。ただし、その一方で、銅などの他の重要材料に対する需要が高まることは避けられない。

現在の世界のリチウム生産量の14倍

リチウムイオン電池は、これまでに製造されたすべての無線式ヒューマノイドロボットに広く採用されており、少なくとも今後5年間は、あるいは当面の間は、その状況が続くと予想されます。

2040年までに100億台のヒューマノイドロボット（すべてリチウムイオン電池を搭載）が生産された場合、その消費量は現在の世界年間リチウム供給量の14倍に相当し、ロボットだけで2040年までに世界のリチウム生産能力を7倍に拡大する必要が生じる。

固体電池などの代替電池が採用されれば、例えばリチウム金属負極が主流となった場合、この需要の伸びはさらに加速する可能性がある。

現在の世界の黒鉛生産量の13倍

グラファイト負極材は、EVからESS、民生用電子機器に至るまで、事実上あらゆる用途において、世界で生産されるリチウムイオン電池の圧倒的多数に使用されています。

今後5年間、あるいは当面の間は、グラファイト系負極材料がワイヤレスヒューマノイドロボットの標準であり続けると予想される。

2040年までに100億台のヒューマノイドロボットが生産された場合（すべてリチウムイオン電池とグラファイト系負極材を搭載）、その消費量は現在の世界の年間グラファイト生産量の13倍に相当し、ロボットだけで2040年までに世界の年間グラファイト生産能力を7倍に増強する必要が生じる。

しかし、前述のリチウム金属負極を用いた全固体電池など、代替となる電池タイプの採用が進めば、今後数年間で黒鉛の需要増加見通しは大幅に縮小する一方で、リチウムの需要増加は加速する可能性がある。同様に、ヒューマノイドロボットの黒鉛負極においてシリカの使用が増えれば、黒鉛の需要増加は抑制される一方で、シリカの需要増加は後押しされることになる。

現在の世界のコバルト生産量の8倍

コバルトは、EVやその他の用途で広く使用されているニッケル・コバルト・マンガン（NCM）系正極活物質の主要な構成要素です。NCM系正極を採用したリチウムイオン電池は、従来のリチウム鉄リン酸塩（LFP）系正極を採用した電池に比べて一般的にエネルギー密度が高く、ロボットメーカーはバッテリーの重量と体積を最小限に抑えつつ、搭載バッテリーの出力を最大化することができます。

2040年までに100億台のヒューマノイドロボットが生産された場合（すべてリチウムイオン電池を搭載し、NCM 811を基準とする）、その消費量は現在の世界の年間コバルト生産量の8倍に相当し、ロボットだけで2040年までに世界のコバルト生産能力を4倍に拡大する必要が生じる。

例えば、コバルトを含まないLMFPなどの代替陰極材料が採用されれば、コバルトの需要増加は大幅に抑制される可能性がある（その一方で、マンガンやリン酸塩の需要は急増する）。一方、コバルトを多く含むNCM 622などが広く採用されれば、コバルトの需要増加はさらに加速する可能性がある（その一方で、ニッケルの需要は抑制される）。

現在の世界のニッケル生産量の4倍

ニッケルは、EVやその他の用途向けのNCM正極活物質において、コバルトやマンガンと並んで比較的多量に使用されています。コバルトやマンガンに比べてニッケルの割合が高いNCM正極は、一般的にニッケル含有量の少ないタイプよりもエネルギー密度が高いため、ロボットメーカーはバッテリーの重量と体積を最小限に抑えつつ、搭載バッテリーの出力をさらに最大化することができます。

2040年までに100億台のヒューマノイドロボット（すべてNCM 811リチウムイオン電池を搭載）が生産された場合、その消費量は現在の世界の年間ニッケル生産量の4倍に相当し、ロボットだけで2040年までに世界のニッケル生産能力を2倍に増強する必要が生じる。

LMFPやNCM 9.5.5といった代替陰極材料が採用された場合、前者の例ではニッケルの需要増加が抑制される（一方でマンガンやリン酸塩の需要は急増する）可能性があり、後者の例ではニッケルの需要増加が加速する（一方でコバルトやマンガンの需要見通しは弱まる）可能性がある。

現在の世界の銅生産量の4倍

ヒューマノイドロボットでは、銅は電動機の巻線、バッテリーの集電板やバスバー、および配線システムに広く使用されています。

2040年までに100億台のヒューマノイドロボットを生産するには、現在の世界の年間銅生産量の4倍に相当する銅を消費することになり、ロボットだけでその年までに世界の銅生産能力を2倍に増強する必要がある。

こうした見通しと、すでに課題を抱えている銅の供給面の動向とを併せて考えると、ロボットがもたらすであろう銅の需要の規模が十分に理解できるだろう。

その他に考慮すべき点

ロボット1台あたり複数のバッテリーパックを搭載する可能性： ヒューマノイドロボットへの商業投資の収益を最大化するには、 24時間体制で稼働させる必要があります。しかし、テスラの「オプティマス」のようなロボットは、高負荷の作業中に約500ワットの電力を消費するため、搭載されている2.3kWhのバッテリーパックでは、強度が異なる作業を組み合わせた場合、約8時間分の稼働しか確保できない可能性があります。 したがって、バッテリーのエネルギー密度が飛躍的に向上しない限り、商業用ロボットの運用事業者は1台のロボットにつき複数のバッテリーを現場に配備することを望むことになるでしょう。これは、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、グラファイト、銅といったバッテリー材料に対する需要が数倍に増加することを意味します。

有線ロボットは、特定の用途においては合理的な選択肢となり得る。障害物がほとんどない空間で、反復的で予測可能な作業を行うロボットの場合、内蔵バッテリーではなく、電源ケーブルで電力を供給する方が合理的である。これにより、ロボット本体やバッテリーの初期コストを最小限に抑えられるだけでなく、バッテリー材料に対する需要の爆発的な増加を抑制することにもつながるだろう。

電池化学の動向：全固体電池やナトリウムイオン電池の進展、あるいはLFP、LMFP、その他の正極・負極材料の普及により、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、グラファイトの需要増加見込みが大幅に縮小する可能性がある。さらに、ロボットの稼働時間延長を可能にする電池エネルギー密度の向上により、ロボット1台あたりに必要な予備電池の数が減少し、それに伴い予備電池に含まれる材料の使用量も削減される可能性がある。

ロボット1台あたりのモーター数の増加：Adamasの 研究によると、これまでに開発されたヒューマノイドロボットの平均的な自由度は約36度（約36個のモーターおよびアクチュエータによって実現）であることが示されています。 今後、その数は人間の関節数（すなわち78）に近づくほど増加すると予測しており、これにより、より大きな動作の自由度、より高度な動作の複雑さ、そしてより幅広い潜在的な用途への対応が可能になる。その結果、ロボット1台あたりの平均使用量もそれに伴って増加すると予想され、本報告書で推計した現状維持の将来シナリオと比較して、磁石の需要をさらに押し上げることになるだろう。

あくまで参考程度に：本稿で検討した予測は、材料需要の伸びに関する現実的な見通しを単純に外挿したものではありません。むしろ、この分析は、2040年までに100億台のヒューマノイドロボットを開発することが、不可能ではないにせよ、いかに困難であるかを示すことを目的としています。 当社の最近のレポート『2040年までの希土類磁石市場見通し』で詳述した通り、世界のヒューマノイドロボットの生産台数は、本稿で想定した数値の1%未満にとどまると予測しています。しかし、それでも2040年までにロボット産業は、NdFeB（ネオジム磁石）の最大の需要牽引要因となる見込みです。

2040年までに100億体のヒューマノイドロボット？　あり得ないだろう

2040年までに人口が100億人に達するためには、今後数年間でヒューマノイドロボットの生産を前例のない規模で拡大させる必要がある。

さらに、必要とされる重要鉱物の膨大な量と、これらの鉱物の鉱山生産を拡大させるべきペースも、同様に並外れたものである。

したがって、ヒューマノイドロボットに関して2040年までにこの成果が実現されるという現実的なシナリオは見当たらないが、より広範な業務用サービスロボットの将来性については、依然として非常に楽観的に見ている。

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