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航空機のリサイクルとは、退役した航空機を解体し、その部品をスペアパーツやスクラップとして再利用するプロセスです。航空機は、リサイクル可能な約800～1000個の部品で構成されており、その大部分は金属合金と複合材料でできています。[ 1 ] [ 2 ]最も一般的な金属合金はアルミニウムとチタンで、主な複合材料は炭素繊維です。[ 2 ]
航空機は航空機リサイクルセンターで解体され、リサイクル価値のない非金属部品は廃棄され、主要部品は解体され、金属合金部品は組成に基づいて選別されます。[ 3 ] [ 4 ]その後、金属合金は再溶解され、スクラップから単一の均質な合金が形成されます。年間約400～450機の航空機が解体およびリサイクルされ、20億ドルの航空機部品市場を牽引していると推定されています。[ 1 ]
航空機リサイクルの主な課題は、リサイクルされた航空機材料中の金属不純物の量を低く抑え、他の航空機で再利用できるようにすることです。航空機リサイクルの主な制約には、コスト、合金中の不純物、有害物質、リサイクル部品の品質などがあります。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]直接リサイクルできない部品は、再利用またはアップサイクルして、美術品、衣類、家具などにすることができます。[ 1 ]
20世紀には、ほとんどの航空機はリサイクルされず、古い飛行機は埋め立て地に放置されていました。[ 1 ] 2000年代初頭、最大手の航空機製造会社であるエアバスとボーイングは、使用済み航空機や部品を埋め立て地に送る代わりに、それらを処理するための体系的なリサイクルプロセスを開発しました。[ 9 ]
2005年、エアバスは「航空機の耐用年数終了時の高度な管理プロセス」として知られるPAMELAプロジェクトを開始し、航空機の重量の85%をリサイクルまたは再利用できることを実証しました。[ 9 ]エアバスは廃棄物管理会社のスエズ・シタと提携し、タルブ空港にリサイクル施設を設立しました。[ 1 ]このプロジェクトはエアバスA300でテストされ、32か月後の2007年に元の機体重量の61トンがリサイクルされ、成功裏に完了しました。 [ 9 ]このプロジェクトでは、耐用年数終了した航空機を安全かつ責任を持って処理する方法の標準も作成され、廃止、解体、分解の3段階のアプローチで構成されていました。[ 9 ]
2006年、ボーイングは航空機の解体とリサイクルに関する業界全体のガイドラインを策定するために、航空機フリートリサイクル協会（AFRA）を設立しました。 [ 1 ] [ 10 ]同社はロールス・ロイス、ヨーロッパ・アビエーション、エア・サルベージ・インターナショナルなど10社と協力し、業界の行動規範とベストプラクティスの収集を行いました。[ 11 ] [ 12 ]協力して、使用済み航空機を環境に配慮した方法で処理するために、世界中にAFRA認定リサイクルセンターのネットワークを構築しました。[ 10 ] AFRAはその後成長し、2022年現在、製造業者から材料リサイクル業者まで、航空機リサイクルプロセスのあらゆる側面に関わる利害関係者を含む80の会員で構成されています。[ 13 ] [ 14 ]
2013年、サウスウエスト航空は、自社機の革製シートカバーをアップサイクルし、さまざまな社会的弱者グループに経済的機会を提供するリサイクルおよびコミュニティイニシアチブ「Repurpose with Purpose」を立ち上げました。[ 1 ]同社は、退役軍人、障害者、人身売買の被害者と協力する非営利団体と提携し、使用済みの革をサッカーボール、靴、ジュエリーなどの製品に作り変えました。[ 1 ]プログラム開始以来、90万ポンド以上の革がリサイクルされています。[ 1 ]
2040 年までに、現在世界の航空機群にある航空機の約 44% が退役すると推定されています。これには、13,000 機を超える商用、軍用、およびプライベート航空機が含まれます。[ 9 ]最近のリサイクル活動によりリサイクル部品の入手可能性が増加したことに加えて、ブロックチェーン技術により、リサイクル部品の売買の新しい方法が生まれました。[ 15 ] 2019 年に、ハネウェル エアロスペースは、ブロックチェーンを使用して部品の認証と履歴の追跡を行う GoDirect Trade と呼ばれる航空宇宙部品のオンライン マーケットプレイスを導入しました。[ 15 ]航空機部品の市場は 2018 年に 54 億ドルと評価され、2026 年までに 77 億ドルに成長すると予想されています。[ 15 ]
しかし、COVID-19パンデミックの間、スクラップにされて廃機置き場に送られる航空機の数は減少しました。[ 16 ] 2020年には440機の商用ジェット旅客機がスクラップされ、これは2019年から15%の減少でした。[ 16 ] 2021年には、その数は2020年からさらに30%減少しました。[ 16 ]さらに、中古航空機の価格も下落しました。パンデミック前は、中古航空機は700万～800万ドルで販売されていましたが、その後価格は約200万ドルにまで下落しました。[ 16 ]中古航空機の需要の減少により、価格が下がりました。[ 16 ]
退役した航空機には、平均して800～1000個の部品があり、リサイクルによって再利用できます。[ 1 ]リサイクルされる主な航空機材料は、金属合金と複合材料です。[ 2 ]
アルミニウム合金は航空機の構造に使用され、航空機の総重量の 80% を占めています。[ 2 ]耐腐食性に優れ、強度対重量比が良いため、航空機の胴体、翼、支持構造によく使用されます。[ 17 ]
航空機に使用されるアルミニウムは、一般的に銅、リチウム、マグネシウム、マンガン、シリコン、銀、亜鉛と混合して合金を形成する。[ 2 ]各合金の組成比は、仕様を満たすために、その用途に応じて調整される。[ 2 ]
アルミニウム合金は、製造工程にエネルギー集約的なため、航空機の製造コストが最も高くなります。[ 2 ]合金を形成するためのアルミニウムを得るには、製錬工程を行う必要があります。[ 2 ]アルミニウムは、アルミニウムの主鉱石であるボーキサイトから電気分解によって抽出されますが、これには多くのエネルギーが必要です。電気分解で1キログラムのアルミニウムを製造するには、211 MJのエネルギーが必要です。[ 2 ]
アルミニウムのリサイクルは、使用済みのスクラップを再溶解するだけで済むため、合金を製造するよりも安価です。[ 2 ]再溶解プロセスは電気分解よりも低い温度で行われるため、プロセスに必要なエネルギーが少なくなり、コストが削減されます。[ 2 ]
リサイクルされたアルミニウム合金は、疲労応力や破壊靭性の増加が部品の完全性にとって重要ではない補強材やフラップなどの航空機部品に使用できます。[ 18 ]また、トラックの車体、リベット、自動車のバンパー、鋳造品など、航空機以外の用途にも使用できます。[ 18 ]
チタン合金は強度が高く、腐食や熱に対する耐性も高いため、航空機産業で広く使用されています。[ 2 ]アルミニウムと比較すると、チタンは重いですが強度が高いため、構造部品を作るのに必要な量が少なくて済み、全体の重量が軽減され、飛行中のエネルギー消費が削減されます。[ 1 ]
天然資源は豊富であるにもかかわらず、チタンの供給量は他の金属に比べて限られている。[ 2 ]チタンの製錬プロセスはアルミニウムの製錬よりも多くのエネルギーを消費し、チタン1キログラムの生産に361 MJのエネルギーを消費する。[ 2 ]
チタンのリサイクルでは、製造工程で発生するスクラップが利用されます。[ 1 ]これらのスクラップは、酸素や鉄の不純物を取り除くために洗浄され、その後再溶解されます。[ 1 ]
複合材料は、アルミニウムなどの従来の金属材料よりも軽量であるため、航空機の重量を軽減するために使用されます。[ 2 ]また、高い疲労強度（長い寿命）と優れた耐腐食性および耐火性も備えています。[ 19 ]航空機の重量を軽減するために、製造業者は構造に複合材料をより多く組み込んでいます。[ 2 ]軽量化により燃費が向上し、結果として航空会社の運航コストが削減されます。[ 5 ]
複合材料の主要構成要素は炭素繊維です。[ 20 ]炭素繊維をリサイクルすると、機械的特性が失われないため、構造、音響、断熱、空気および液体のろ過などの用途に使用できる可能性があります。[ 21 ]リサイクルされた炭素繊維は、1ポンドあたり最大50ドルの価値があります。[ 5 ]
複合材料のリサイクルは、金属合金よりも困難です。なぜなら、業界はまだ材料を構成する個々のコンポーネントを再利用する方法を発展させていないからです。[ 5 ]複合材料の大部分は、航空機が退役して解体される際に廃棄物となります。[ 2 ]
リサイクル工程では、リサイクルされた航空機部品に金属不純物が少量しか含まれないようにする必要があります。 [ 3 ]リサイクルされた部品は、他の航空機に組み込まれる際に必要な仕様を満たす必要があるため、リサイクルされた部品（特に金属合金）は、処理が成功するように適切に整理する必要があります。[ 3 ]まず、航空機は航空機リサイクルセンターに輸送され、そこで分解されます。[ 3 ]砂漠の環境は、航空機の状態を維持するために低湿度が必要なため、保管に理想的です。[ 22 ]航空機は燃料を抜き、腐食性の塩分を除去するために洗浄され、潤滑されます。[ 22 ]
脱出スライドから爆発装置が取り除かれ、空気ダクトが密閉され、保護塗料層が塗布される。[ 23 ]リサイクル価値のない非金属部品は廃棄され、航空機の主要部分が解体される。[ 4 ]合金部品は冶金学的組成に基づいて整理され、その後、必要に応じて新しい金属の合金に組み込まれる。[ 4 ]
合金化とは、異なる特性を持つスクラップ金属を集めて再溶解し、単一の均質な合金を作ることである。[ 24 ]航空機に使用される合金の大部分は、2xxx (Al-Cu-Mn) または 7xxx (Al-Zn-Mg) シリーズの鋼である。[ 24 ]鋼合金中に二次合金元素が 10% を超える場合、その鋼の特性は航空機用途へのリサイクルに特に価値がある。 [ 24 ]多くの場合、異なる合金が航空機の異なるコンポーネントに組み込まれており、鋼の分離がより明確になる。[ 24 ]
着陸装置、尾部、フラップ、翼、胴体などの部品は主に2xxx系または7xxx系の鋼で構成されており、航空機の解体時に分離されます。[ 25 ]座席は最大5000ドルの価値がある場合があり、航空機の着陸装置は100万ドル以上で販売されることがあります。[ 16 ]ケーブル、バッテリー、その他の電子廃棄物は、従来のリサイクルチェーンに投入されます。[ 16 ]プラスチック製の内装部品には難燃剤が含まれていることが多いため、リサイクルできません。[ 16 ]リサイクルされた金属は、靭性などの特性に関する非常に高い合金仕様を満たしていませんが、リサイクルされた部品金属は、溶融ストック、つまり一緒に溶融されるさまざまな金属のストックに組み込むことができます。[ 25 ]
リサイクルされた金属を合金化用の金属ストックに導入する前に、汚染物質を除去するために追加の処理が必要になる場合があります。[ 26 ]元素残留物は、再利用鋼に安全に導入できないため、航空機用鋼のリサイクルを検討する際の大きな懸念事項です。[ 26 ]プラスチックは、難燃剤の使用によりリサイクルできないことが多いですが、これらのプラスチックを効果的にリサイクルするための新しい方法が開発されています。[ 27 ] Allred と Salas (2005) は、2005 年に、ゴム、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を使用可能な炭化水素副産物に変換する低温での触媒変換プロセスに関する研究を行いました。[ 27 ]このプロセスは、有害物質の存在を 80% 削減することが示されました。[ 27 ]重金属や酸化物などの他の無機残留物は、毒性を排除するために再溶解することができます。[ 27 ]航空機の本体を構成する大きな金属部品については、得られた金属スクラップを溶解ストックに導入する前に、シュレッダー処理が必要です。[ 26 ]
炭素繊維は、航空機からリサイクルされる最も一般的な非金属材料の一つです。[ 27 ]リサイクルされた炭素繊維は機械的劣化を受けないため、プラスチック、ポリマー、ガラスに強化材として組み込んで複合材料を形成できます。[ 27 ]リサイクルされた繊維は、これらの材料に組み込まれる前に指定された長さに切断できるため、再利用仕様を満たす上で大きな柔軟性があります。[ 27 ]
旅客機は、エンジン、着陸装置、補助動力装置、コンポーネントを含めて 30 ～ 60 日で1,500 ～ 2,000 個の部品 (約 1,000 個のLRU ) に分解できますが、部品回収を最大化するために 1 ～ 2 年間駐機しておくことができます。 [ 28 ] 金属製の航空機は質量で最大 85 ～ 90% までリサイクルでき、業界が成長する炭素繊維市場に対応して複合材の機体として維持することができます。[ 28 ]
航空機リース会社のアボロンは、2017年中に合計2,100機の航空機を保管していた。[ 11 ]これらのうち48%は将来の飛行には不向きと判断され、航空機リサイクルの候補となった。3年間駐機された航空機は、飛行に再配備される可能性が50%、5年間保管された航空機は20%である。[ 11 ]世界のジェット輸送統計は、今後20年間で倍増すると予想されており（2013年時点）、2037年までに43,000機の新規納入と16,000機の退役が予測されているが、保管中の航空機の総数はこの間一定に保たれると予想されている。[ 11 ]
航空機の退役のピークは2013年に訪れ、退役数は合計700機でした。[ 9 ] 2013年から2016年にかけて航空機の需要が高かったため、年間退役数は約500機に減少しました。[ 10 ]ジェフリーズ社の予測によると、退役数は2018年に合計505機、2020年に2,200機に増加し、2022年には合計3,900機に達しました。[ 10 ]
航空機の解体およびリサイクル産業は、航空機部品販売の年間 20 億ドルの市場を担っています。[ 1 ]年間約 400 機から 450 機の航空機が解体されていると推定されており、2009 年から 2029 年の間に 12,500 機の航空機が退役すると考えられています。[ 1 ]リサイクルを目的とした退役航空機の大部分は、アリゾナ州ツーソンのデイビス・モンサン空軍基地にあります。[ 29 ]デイビス・モンサン基地は、少なくとも 4,400 機の退役航空機を保管しています。[ 29 ]その隣にあるモハベ航空宇宙港には、1,000 機以上の民間航空機が保管されています。[ 29 ]航空機リサイクル部門に貢献している国際的なプラットフォームは複数あり、フランスの Bartin Aero Recycling、英国の Air Salvage International、タルブ空港のエアバスなどの企業が所有しています。[ 15 ]これらの場所のうち後者は、 PAMELAプロジェクトの一環として航空機リサイクルのための指定研究施設である。[ 15 ]
2019年の出版物によると、エアバスの管轄下にある航空機の大部分は小型のナローボディ機であり、ワイドボディ機はエアバスの退役機全体の31%を占めるにすぎない。[ 10 ]機体の内訳は、ボーイングシリーズのナローボディ機が58%、マクドネル・ダグラスMD-80が29% 、エアバスA340が12%である。[ 10 ]ボーイング777シリーズの航空機はワイドボディ機の40%を占めている。[ 10 ]商用フライトと航空機の使用の人気が高まるにつれて、航空機の退役期間は長くなり、リサイクル部品の需要が増加する。[ 10 ]このパターンはリサイクル部品の市場価格を上昇させ、航空機リサイクル業界が得る利益を増加させる。[ 10 ]
AFRA（航空機機体リサイクル協会）は、航空機リサイクル業界において最大の利害関係を持つ唯一の組織です。[ 1 ] 2009年以来、AFRAは毎年、航空機の解体作業全体の約3分の1に関与しています。[ 1 ] AFRAは国際的に活動しており、航空機の解体およびリサイクル手順に環境的に持続可能な基準を導入することを目指しています。[ 1 ]
リサイクルされた航空機は、部品の価値が100万ドルから300万ドルと推定されており、その価値の約80%は航空機のエンジンによるものです。[ 20 ]補助動力装置や着陸装置などのその他の部品は、再認証されて中古で販売されるか、航空会社によって予備部品として再利用されます。[ 20 ]プラスチックや布地などの非金属材料で作られた残りの部品は、リサイクルセンターに送られます。[ 20 ]
ボーイング787ドリームライナーのような新しい航空機は、約50%が複合材でできているため、機械的リサイクル、流動床プロセス、熱分解、または溶媒分解によるこれらの材料のリサイクルプロセスの開発が進んでいます。[ 20 ]機械的リサイクルでは、複合材を細断して、他の低グレードの用途の充填材として使用しますが、これはグラスファイバーなどのガラス繊維複合材に限定されます。[ 20 ]流動床プロセスでは、複合材料を燃焼させ、その熱を利用して発電します。[ 20 ]複合材のマトリックスも燃焼され、システムから抽出できるきれいな繊維だけが残ります。[ 20 ]このリサイクルプロセスは、混合複合材料に対応しながら、金属を炭素繊維から分離する能力がありますが、このプロセスには大量の熱風が必要であり、繊維の特性にわずかな変化をもたらします。[ 20 ]熱分解では、炭素を取り出し、酸素のない状態で複合材を加熱してマトリックスを分離し、繊維材料だけを残します。このプロセスでは、二酸化炭素またはメタンが生成されます。[ 20 ]熱分解は、複合材料から燃料を生成し、それを燃焼させてエネルギーを生成するためにも使用できます。[ 5 ]溶媒分解は、溶媒を使用してマトリックスの化学結合を分解し、炭素繊維またはその他の繊維材料を残します。[ 20 ]リサイクル複合材料は、リサイクル繊維の再織りの難しさと、リサイクル中に通常発生する繊維長の減少のため、重要な部品に使用できないため、用途がより限定されています。[ 20 ]
直接リサイクルできない部品は、アート作品、衣類、家具などに再利用またはアップサイクルすることができます。[ 1 ]例えば、SkyArt社は、通常は埋め立て処分される複合プラスチックや混合プラスチックを回収し、航空機シミュレーターやその他の家具にリサイクルしています。[ 1 ]
航空機の部品をリサイクルするには、アルミニウムや鋼鉄などの材料の製造プロセスがエネルギー集約型であるため、一次部品を製造するよりもエネルギーが少なくて済みます。[ 30 ]リサイクルは、ひいては地球規模の温室効果ガス排出量の削減につながります。[ 31 ]例えば、アルミニウムのリサイクルには、バージンアルミニウム（リサイクルされていないもの）を製造するよりも95%少ないエネルギーで済みます。[ 31 ]
しかし、複合材料をリサイクルする際には、環境や安全上の問題を避けるために適切な注意を払ってプロセスを行う必要があります。[ 1 ]特定の複合材料は、六価クロムなどのコーティング剤によっては有害廃棄物に分類される場合があるため、これらの材料をリサイクルする際には特別な注意が必要です。[ 1 ]さらに、複合材料が炭素繊維である場合は、リサイクルのために材料を溶融する際に、デバイスに電気的干渉を引き起こす可能性のある導電性繊維の放出を避けるために注意を払う必要があります。[ 1 ]
航空機材料のリサイクルの制約には、コスト、合金中の不純物、有害物質、リサイクル部品の品質などがある。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 航空機リサイクル業界は、リサイクルセンターの分散した場所と、遠隔地からリサイクル金属を輸送するコストによって課題に直面している。[ 7 ]リサイクルアルミニウムの市場価格の変動も、リサイクル施設の収益性に影響を与える。[ 7 ]
航空機からアルミニウムを抽出するのは困難です。航空機の化合物には通常、比較的多くの混合金属合金が含まれており、新しい航空機には一般的に不純物の少ないアルミニウムが必要だからです。[ 8 ]さらに、性能が良く、リサイクルされたアルミニウムから直接製造できるアルミニウム合金の種類は限られています。[ 6 ]航空機用アルミニウムのリサイクルのもう 1 つの制限は、リサイクル プロセスの自動化の欠如です。[ 6 ]航空機をリサイクルする際に危険物を安全に処理することは、さらなる運用上の課題となります。[ 7 ]危険物は、アスベスト、六価クロム (塗料プライマーに含まれる)、ハロン 1301 (消火器に含まれる)などの物質を含む古い航空機で見つかる可能性が高くなります。 [ 7 ]一部の航空機用合金に含まれるアルミニウムにリチウムが存在すると、スクラップ アルミニウムを再溶解したときに爆発する可能性があるため危険です。[ 7 ]
複合材料のリサイクルの主な課題は、高コスト、リサイクル複合材料の物理的特性の弱点、およびリサイクル複合材料の需要の不足です。[ 5 ]炭素繊維は現在広くリサイクルされていない複合材料です。[ 28 ]現在のプロセスでは、リサイクルが行われる前に複合材料を選別することは困難です。[ 20 ]これは、複合材に絡み合っている金属の場合に特に当てはまります。[ 20 ]リサイクルされた炭素繊維は、一般的に次の炭素繊維製品にはならず、代わりに安価な充填材などの用途に使用されます。[ 28 ]
ボーイング777の機体を主翼のすぐ後ろから尾翼まで特別に解体する。