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ジオメルトは、危険な汚染物質（放射性廃棄物[1]や重金属[2]など）を清浄な土壌、工業用鉱物の混合物、ガラスフリットと混合して溶かし、非常に硬く浸出に強いガラス製品を作るプロセスです。[3] ガラス化により、最初の混合物中に存在する無機汚染物質（放射性核種や重金属など）のほぼすべてがガラスマトリックスに組み込まれて固定化されます。[4]溶融物中の有機廃棄物は熱分解によって破壊され、溶融プロセス中に放出されるガス状汚染物質は別途処理されます。[5]
1980年に米国エネルギー省のパシフィック・ノースウェスト国立研究所[6]（PNNL）によって開発されたジオメルトプロセスは、埋設された放射性廃棄物および有害廃棄物の原位置（その場）処理と、放射性廃棄物および有害廃棄物を耐火物で裏打ちされた鋼鉄製容器内でガラス化する原位置外処理である容器内ガラス化（ICV）の2つの方法のいずれかで展開されています。[3]
プロセス
ガラス化
ジオメルティングは、ガラスが形成されるプロセスであるガラス化の原理に基づいています。材料の混合物を効果的にガラス化するには、ガラス形成に寄与する物質（ガラス形成物質と呼ばれる）が存在する必要があります。 [1]これらのガラス形成物質は通常、ケイ素と酸素を含み、ほとんどの土壌に存在します。
このプロセスの効率性は、廃棄物をガラス形成剤とどれだけ混ぜられるかに大きく関係しています。工業規模の溶融では、元の溶融混合物の重量の33～40%までが廃棄物であっても、安定したガラス化合物が形成されることが示されています[1] [3] [5]。これは廃棄物の種類によって異なります。
溶融
まず、廃棄物は、混合物を加熱するのに適した電極（導電体）が取り付けられた大きな容器で、ガラス形成物質を含む土壌と混合されます。使用される容器は、地下[7]（地下平面ガラス化、または SPV）または地上（容器内ガラス化、または ICV）のいずれかです。[7]どちらの場合も、廃棄物/土壌混合物は容器に詰められ、電極をオンにすると加熱プロセスが開始されます。空間的な制約により、混合物全体を同時に溶かすことはできません。電極に最も近い材料が最初に溶け、溶融混合物内の対流（流体内の物質の動き）により、溶融材料にさらに固体材料が追加され続けます。約 36～58 [8]時間後、混合物全体が溶融し、対流により結果として生じる混合物内に均質性（成分の均等な分布）が生まれます。[9]
地下平面ガラス化（SPV）
地下平面ガラス化では、すべての溶融作業は汚染現場で行われます。汚染された土壌に非常に高い（深さ約6メートル） [9]狭い洞窟が掘られ、これが溶融容器として機能します。溶融時間を最適化するために、非常に大きな電極が洞窟内に配置されます。 [5]次に、危険な廃棄物が洞窟内の土壌と混合され、溶融が開始されます。ガラス製品が形成された後、地中に残されるか[10]、廃棄施設に移されます。
利点
SPV溶融は、掘削しなければならない洞窟と溶融後のガラス固化体の回収のみで建設できるため、多額の資本投資を必要としません。[11] SPV溶融は、処理済み廃棄物1トンあたり約355～461ドル[12]かかります。1キログラムあたり555ドル[13]（または1トンあたり50万ドル）の核廃棄物の処分コストと比較すると、SPVは非常に費用対効果が高いです。溶融プロセスは地下で、現場の作業員から離れた場所で行われるため、作業員が職場で負傷するリスクもほとんどありません。[10]最後に、溶融洞窟にはサイズ制限がないため[5] 、 SPVは一度に非常に大量の廃棄物を処理できます。
デメリット
SPV には欠点がないわけではありません。SPV 溶解を行うには、すべての材料と人員を溶解現場に移動させる必要があるため、[9]両方の輸送コストを考慮する必要があります。現場ですべての汚染物質が除去または破壊されたら、プロジェクトは作業を続行するために場所を移動する必要があります。処理チームが到着してもすぐに溶解を開始することはできません。洞窟を掘り、その中に電極を配置するのに数時間かかるためです。[5]
コンテナ内ガラス化（ICV）
コンテナ内ガラス化溶融は、砂の保護層で覆われた耐熱金属製のコンテナ内で地上で行われます。[14]砂はコンテナの壁を溶融混合物から分離し、冷却後にガラス製品を形作ります。[15]溶融は連続して行われ、1つの溶融物が冷却されると、別の廃棄物コンテナに電極が装填され、プロセスが再開されます。その後、ガラス化されたガラスは廃棄施設に送られます。[1]
利点
これらの溶解は処理施設で行われるため、すべての溶解は効率的で、その場所に集中しています。[16]廃棄物/土壌混合物は、施設内で体系的に積み込まれ、処理されます。混合物は地上で溶解されるため、SPV溶解のように機械がガラス製品を掘り出す必要はありません。溶解容器はガラスを輸送するために使用される容器でもあるため、[3]ガラスの廃棄に伴う移動が少なくなります。
デメリット
ICV 溶解にも欠点がある。ICV 溶解の最も差し迫った懸念はコストである。ICV には処理施設が必要であるため、新しい施設を建設するか、既存の施設を改修して新しいプロセスに対応させる必要がある。どちらの方法もかなりの資本投資を必要とする。施設がプロセス用に準備された後でも、ICV 溶解は処理済み廃棄物 1 トンあたり約 1,585 ドル[12]かかる(SPV 溶解の 3～4 倍のコスト)。この追加コストは、施設に必要な安全対策によるものである。たとえば、溶解プロセスは非常に高温 (1200 ～ 2000 °C) で行われ、[17]この熱の一部は施設全体に拡散するため、作業員がいるエリアには十分な冷却と換気が必要である。[18]
オフガス処理
汚染された混合物が溶けている間に、ガス（オフガスと呼ばれる）が放出されますが、[19]それ自体が有害物質です。これらのガスは鋼鉄製のヒュームフード[20]で捕集され、処理システム[1]に送られ、そこで約99.9999%の汚染物質が除去されます。[1] [21]標準的な処理手順は、ろ過[1]から湿式洗浄[20] [22]（液体を使用してガス状汚染物質を除去する）まで多岐にわたりますが、具体的な手順は処理されるガスによって異なります。
アプリケーション
有害物質は、除去や処理が非常に難しい場合が多い。[23]汚染物質は土壌に浸透している可能性があり、[24]スラッジに含まれている場合や、[25]使用済み原子炉炉心内に存在する場合もある。[26]危険物がどこに存在するかに関係なく、それぞれに標準的な廃棄物管理プロセスを使用した異なる処理および処分方法が必要である。しかし、ジオメルティングでは、混合物中の汚染物質に関係なく、処理（溶融）プロセスは各バッチで基本的に同じであり、 [27]生成されるガラスも同じである。この汎用性により、ジオメルティングは多くの危険管理作業で採用されている。[3]
オーガニック
GeoMelt は、油、殺虫剤[28]や除草剤、溶剤[29]、ポリ塩化ビフェニル(PCB)、ダイオキシン、フランなどの残留性有機汚染物質を含むさまざまな有機廃棄物の処理に使用されています (GeoMelt は、米国環境保護庁 (EPA) によって米国全土で PCB の承認された熱処理方法として許可されています[30] これらの廃棄物は発がん性物質[31] (がんを引き起こす物質) であり、多くの場合、時間の経過とともに重要な身体機能 (呼吸など) に悪影響を及ぼします。溶融プロセスでは有機化合物が破壊されます。これは、溶融プロセスの高温に耐えられる有機物質がないためです。[1]
無機物
重金属（水銀、カドミウム、鉛などの有毒金属[32] ）などの無機汚染物質は、産業廃棄物や自動車廃棄物を通じて環境に放出されます。[33]放置すると、これらの無機有害物質は生態系を悪化させ[34]、人間の精神的/身体的疾患[32]を引き起こす可能性があります。金属の混合物に関係なく、ジオメルティングはこれらの重金属をガラスマトリックス内に隔離し、環境への侵入を防ぎ、[6]周囲への脅威を排除します。
放射性物質
原子力発電所の出現以来、放射能汚染（放射性物質の拡散）が環境問題となっている。放射性物質に含まれる放射線の量は生物にとって安全ではない可能性があるため、[35]すべての放射能汚染を除去することが重要である。核廃棄物は自然に数百年間は危険なままであるが、[36]ジオメルティング処理により放射性物質は固定化される。[37]
参考文献
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外部リンク
- エネルギー速報記事