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焼却は、廃棄物に含まれる物質を燃焼させる廃棄物処理プロセスです。 [ 1 ]廃棄物焼却を行う工業プラントは、一般的に廃棄物発電施設と呼ばれています。焼却やその他の高温廃棄物処理システムは、「熱処理」と呼ばれます。廃棄物の焼却により、廃棄物は灰、排ガス、熱に変換されます。灰は主に廃棄物の無機成分から形成され、固体の塊または排ガスによって運ばれる微粒子の形をとることがあります。排ガスは、大気中に放出される前に、ガス状および粒子状の汚染物質を除去する必要があります。場合によっては、焼却によって発生する熱を発電に利用できます。
エネルギー回収を伴う焼却は、ガス化、熱分解、嫌気性消化など、廃棄物発電技術の一つです。焼却とガス化は原理的には似ていますが、焼却で得られるエネルギーは高温の熱であるのに対し、ガス化では可燃性ガスが主なエネルギー生成物となる場合が多いです。焼却とガス化は、エネルギーや物質の回収を行わずに実施することも可能です。
いくつかの国では、焼却炉の環境への影響について、専門家や地域社会から依然として懸念の声が上がっている（焼却に反対する議論を参照）。
一部の国では、わずか数十年前に建設された焼却炉には、燃焼前に有害物質、大型物質、リサイクル可能な物質を除去するための分別設備が備えられていないことが多かった。これらの施設は、ガス浄化や燃焼プロセス制御のレベルが不十分なため、作業員の健康や地域環境にリスクをもたらす傾向があった。また、これらの施設のほとんどは発電を行っていなかった。
焼却炉は、元の廃棄物の固形質量を 80 ～ 85% 削減し、体積 (ごみ収集車である程度圧縮されている) を、組成や灰から金属などの材料を回収してリサイクルする程度に応じて 95 ～ 96% 削減します。[ 2 ]これは、焼却が埋め立てを完全に置き換えるわけではないものの、処分に必要な体積を大幅に削減することを意味します。ごみ収集車は、焼却炉に搬入する前に、内蔵の圧縮機で廃棄物の体積を削減することがよくあります。あるいは、埋め立て地では、固定式の鋼鉄製圧縮機を使用することで、圧縮されていないごみの体積を約 70% 削減できますが、かなりのエネルギーコストがかかります。多くの国では、より簡単な廃棄物圧縮が、埋め立て地での圧縮の一般的な方法となっています。[ 3 ]
焼却処理は、医療廃棄物や特定の有害廃棄物など、高温によって病原体や毒素を破壊できるニッチな分野における特定の種類の廃棄物の処理に特に大きな利点があります。例えば、多様な有毒または非常に有毒な廃水が発生する化学多製品工場などが挙げられます。これらの廃水は、従来の廃水処理施設に送ることができません。
廃棄物焼却は、土地が希少な資源である日本、シンガポール、オランダなどの国で特に普及しています。デンマークとスウェーデンは、地域暖房計画を支える局所的な熱電併給施設で、焼却によって生成されたエネルギーを1世紀以上にわたって利用することで先駆的な役割を果たしてきました。[ 4 ] 2005年には、デンマークでは廃棄物焼却が電力消費量の4.8%、家庭用熱消費量全体の13.7%を占めました。[ 5 ]他の多くのヨーロッパ諸国も、特にルクセンブルク、オランダ、ドイツ、フランスでは、都市廃棄物の処理に焼却に大きく依存しています。 [ 2 ]
廃棄物処理用の英国初の焼却炉は、 1874年にマンラブ、アリオット＆カンパニー社によってノッティンガムに建設され、アルフレッド・フライヤーが特許を取得した設計に基づいていました。当初は破壊炉として知られていました。[ 6 ]
アメリカ初の焼却炉は1885年にニューヨーク州ニューヨーク市のガバナーズ島に建設された。 [ 7 ]オーストリア＝ハンガリー帝国初の施設は1905年にブルンに建設された。[ 8 ]
焼却炉の設計には、移動式火格子、固定式火格子、多炉式、回転窯式、流動床式など、さまざまな種類があります。[ 9 ]現代の焼却炉には、排ガス浄化などの汚染軽減装置が含まれています。
焼却場または焼却穴は、最も単純で初期の廃棄物処理方法の一つであり、可燃物を地面に積み上げて火をつけるというものである。
焼却処分場は、制御不能な火災を引き起こすことがあります。風で運ばれた燃える物質や、対流によって焼却場から舞い上がった小さくて軽い燃えさしが、周囲の草地や建物に燃え移ることがあります。焼却場の内部構造が燃え尽きると、焼却場が移動したり崩壊したりして、延焼範囲が拡大する可能性があります。焼却処分場では廃棄物が完全に燃焼しないことが多く、そのため微粒子状物質による大気汚染が発生します。
焼却ドラムは、私的廃棄物焼却のやや制御された形態であり、燃焼物を金属製のドラム缶内に収め、排気口には金属製の格子が取り付けられています。ドラム缶は風の強い状況下での燃焼物の拡散を防ぎ、可燃物が減少するとドラム缶内にしか沈みません。排気口の格子は燃えさしの拡散を防ぐのに役立ちます。通常、焼却ドラムとして使用されるのは、底部に空気を取り込むための通気孔が切り抜かれたりドリルで開けられたりした55 USガロン（210 L）の鋼鉄製ドラム缶です。[ 10 ]時間が経つにつれて、焼却の非常に高い熱によって金属が酸化して錆び、最終的にはドラム缶自体が熱で消費され、交換する必要があります。
乾燥したセルロース/紙製品の私的焼却は一般的にクリーンな燃焼であり、目に見える煙は発生しませんが、家庭ごみに含まれるプラスチックは、私的焼却が公衆の迷惑となり、刺激臭や目が焼けるような煙や涙が出る原因となることがあります。2層構造により二次燃焼が可能になり、煙が軽減されます。[ 11 ]ほとんどの都市部では焼却ドラム缶が禁止されており、特にこの一般的な農村の慣習に馴染みのない住民が多い農村部では、野焼きが禁止されている場合があります。
2006年現在米国では、少量の農村部の家庭ごみや農場ごみの焼却は、他人に迷惑をかけず、乾燥した状態などで火災の危険がなく、濃くて有害な煙が発生しない限り、一般的に許可されていました。ニューヨーク州、ミネソタ州、ウィスコンシン州など一部の州では、健康被害や迷惑行為を理由に、野焼きを禁止または厳しく規制する法律や規制があります。[ 12 ]廃棄物を焼却しようとする人は、事前に州の機関に連絡して現在の火災リスクと状況を確認し、発生する予定の制御された火災について当局に通知する必要がある場合があります。[ 13 ]
都市ごみ焼却炉の代表的なものは、移動式火格子式焼却炉です。移動式火格子により、燃焼室内のごみの移動が最適化され、より効率的かつ完全な燃焼が可能になります。移動式火格子式ボイラー1基で、1時間あたり最大35トン（39ショートトン）のごみを処理でき、年間8,000時間の稼働が可能で、点検・保守のための停止期間は約1ヶ月です。移動式火格子式焼却炉は、都市ごみ焼却炉（MSWI） と呼ばれることもあります。
廃棄物は、火格子の一端にある「投入口」から廃棄物クレーンによって搬入され、そこから下降式の火格子を通って反対側の灰溜めへと運ばれる。灰溜めでは、水門を通して灰が排出される。
燃焼用空気の一部（一次燃焼用空気）は、火格子の下側から供給されます。この空気の流れは、火格子自体を冷却する役割も果たします。冷却は火格子の機械的強度にとって重要であり、多くの可動式火格子は内部に水冷機構を備えています。
二次燃焼用空気は、火格子上のノズルを通してボイラー内に高速で供給されます。これにより、乱流が発生して混合が促進され、酸素が十分に供給されるため、排ガスの完全燃焼が促進されます。多段式炉床焼却炉では、二次燃焼用空気は一次燃焼室の下流にある別の燃焼室に導入されます。
欧州廃棄物焼却指令によれば、焼却施設は、有毒有機物質を適切に分解するために、排ガスが少なくとも850 ℃（1,560 °F）の温度に2秒間達するように設計されなければならない。これを常に遵守するためには、廃棄物の発熱量が低すぎて単独ではこの温度に達しない場合に備えて、補助バーナー（多くの場合、石油を燃料とする）を設置する必要がある。
排ガスはその後、過熱器で冷却され、そこで熱が蒸気に伝達され、タービンでの発電のために、蒸気は通常400 ℃（752 °F）、圧力40バール（580psi ）まで加熱されます。この時点で、排ガスの温度は約200 ℃（392 °F）となり、排ガス浄化システムに送られます。
焼却施設は、多くの場合、複数の独立した「ボイラーライン」（ボイラーと排ガス処理設備）で構成されており、他のボイラーラインがメンテナンス、修理、または改修を受けている間も、1つのボイラーラインで廃棄物の受け入れを継続できるようになっている。スカンジナビアでは、地域暖房の需要が低い夏季に定期メンテナンスが実施される。
より古くシンプルなタイプの焼却炉は、下部の灰溜めの上に固定された金属製の格子が付いたレンガ張りのセルで、[ 9 ]上部または側面に投入用の開口部が1つ、側面にクリンカーと呼ばれる不燃性固形物を取り除くための別の開口部がありました。かつてアパートなどで見られた多くの小型焼却炉は、現在では廃棄物圧縮機に置き換えられています。[ 14 ]
ロータリーキルン焼却炉[ 15 ]は、自治体や大規模な工業プラントで使用されています。この焼却炉の設計には、一次室と二次室の2つの室があります。ロータリーキルン焼却炉の一次室は、傾斜した耐火材で覆われた円筒形の管で構成されています。内側の耐火材は、キルン構造を保護するための犠牲層として機能します。この耐火層は定期的に交換する必要があります。[ 16 ]円筒が軸を中心に回転することで、廃棄物の移動が容易になります。一次室では、揮発、乾留、部分燃焼反応によって固体成分がガスに変換されます。二次室は、ガス相燃焼反応を完了するために必要です。
クリンカーはシリンダーの端からこぼれ落ちる。背の高い煙突、ファン、または蒸気ジェットが必要なドラフトを供給する。灰は火格子を通って落ちるが、多くの粒子は高温ガスとともに運ばれる。粒子と可燃性ガスは「アフターバーナー」で燃焼される可能性がある。[ 17 ]
これらは耐火材で内張りされた垂直鋼製容器で、容器の底部に空気ノズルが配置されています。容器の下部には燃料、廃棄物、砂、その他の材料（例えば、二酸化硫黄を制御するための石灰石）の混合物が供給され、空気の流れが強制的に送り込まれて粒子を攪拌し、流体状の懸濁液に混合します。こうして流動床が形成され、燃料と廃棄物を導入できるようになります。混合された気体と固体は熱伝達と化学反応を促進します。これらは特に下水汚泥に適しています。[ 9 ]
家具工場の木材くず焼却炉は、樹脂粉末や多くの可燃性物質を扱うため、細心の注意が必要です。空気中に浮遊する粉塵は、あらゆる液化石油ガスと同様に引火しやすいため、制御された燃焼と逆火防止システムが不可欠です。
焼却炉で発生する熱は蒸気を発生させるために利用でき、その蒸気でタービンを回して発電することができます。都市ごみ1トンあたりで生産できる正味エネルギーの典型的な量は、 電力で約2/3 MWh、 地域暖房で2 MWhです。[ 2 ]したがって、1日あたり約600メトリックトン（660ショートトン）の廃棄物を焼却すると、1日あたり約400 MWhの電力（24時間連続で17 MWの電力）と1日あたり1200 MWhの地域暖房エネルギーが生産されます。
焼却処理では、灰や大気中への排ガスなど、様々な生成物が生じます。排ガス浄化システムが設置されている場合、その前の排ガスには、粒子状物質、重金属、ダイオキシン、フラン、二酸化硫黄、塩酸などが含まれている可能性があります。工場の排ガス浄化システムが不十分な場合、これらの生成物が煙突からの排出物に重大な汚染物質として加わる可能性があります。
1997年の調査で、デラウェア州固形廃棄物管理局は、同じ量のエネルギーを生産する場合、焼却プラントは石炭火力発電所よりも粒子、炭化水素、SO 2、HCl、CO、NO xの排出量が少ないが、天然ガス火力発電所よりは多いことを発見した。 [ 18 ]ドイツ環境省によると、廃棄物焼却炉は、石炭火力発電所で生産される電力を廃棄物焼却プラントからの電力に置き換えることで、一部の大気汚染物質の量を削減する。[ 19 ]
都市固形廃棄物（MSW）の焼却に関する最も広く知られている懸念は、焼却によって大量のダイオキシンとフランが排出されるという懸念です。[ 20 ]ダイオキシンとフランは深刻な健康被害をもたらします。EPAは2012年に、人間の経口摂取の安全限界は1日あたり体重1キログラムあたり0.7ピコグラム毒性等価量（TEQ）であると発表しました。[ 21 ]これは、体重150ポンドの人の場合、年間170億分の1グラムに相当します 。
2005年、当時66基の焼却炉があったドイツ環境省は、「1990年にはドイツにおけるダイオキシン排出量の3分の1が焼却施設から発生していたのに対し、2000年にはその割合は1％未満であった。一般家庭の煙突やタイル張りのストーブだけでも、焼却施設の約20倍ものダイオキシンが環境に排出されている」と推定した。[ 19 ]
米国環境保護庁[ 12 ]によると、米国における既知および推定されるすべての発生源（焼却だけでなく）からのダイオキシンおよびフランの総量に対する各焼却タイプの燃焼割合は次のとおりです。裏庭のドラム缶35.1%、医療廃棄物26.6%、都市下水処理汚泥6.3% 、都市廃棄物の焼却5.9%、工業用木材の焼却2.9%。したがって、廃棄物の制御された焼却は、ダイオキシンの総量の41.7%を占めています。
1987年、政府規制によって排出抑制装置の使用が義務付けられる以前は、米国の都市ごみ焼却炉から排出されるダイオキシンの総量は8,905.1グラム（314.12オンス）の毒性等価量（TEQ）でした。現在、これらの施設からの年間総排出量は83.8グラム（2.96オンス） TEQであり、99%の削減となっています。
家庭ごみや庭ごみを裏庭のドラム缶で焼却することは、一部の農村地域では依然として許可されており、年間580グラム（20オンス）のダイオキシンを発生させます。米国環境保護庁（US-EPA）[ 22 ]が行った調査では、1997年までにドラム缶で焼却する1世帯が、1日あたり200メトリックトン（220ショートトン）の廃棄物を処理する焼却施設よりも多くの排出物を発生させ、家庭ごみ中の化学物質の増加と、より優れた技術を使用する自治体の焼却施設からの排出量の減少により、2007年にはその5倍の排出量が発生したことが示されました。[ 23 ]
米国のダイオキシン排出量の改善の大部分は、大規模な都市ごみ焼却炉によるものです。2000年時点では、小規模焼却炉（1日の処理能力が250トン未満のもの）は焼却された廃棄物全体のわずか9％しか処理していませんでしたが、都市ごみ焼却によって排出されるダイオキシンとフランの83％を生成していました。[ 12 ]
ダイオキシンの分解には、分子環を十分な高温にさらすことで、分子環を構成する強固な分子結合の熱分解を誘発する必要があります。小さな飛灰は厚みがある場合があり、高温への曝露時間が短すぎると、灰の表面のダイオキシンしか分解されない可能性があります。また、大容量の空気室の場合、曝露時間が短すぎると、排ガスの一部しか完全な分解温度に達しない可能性もあります。そのため、飛灰の厚み全体と排ガスの体積全体を完全に加熱するためには、温度曝露時間も考慮する必要があります。
温度を上げるか、加熱時間を増やすかにはトレードオフの関係があります。一般的に、分子分解温度が高いほど加熱時間を短くできますが、過度に高温になると焼却装置の他の部品が摩耗したり損傷したりする可能性があります。同様に、分解温度をある程度下げることもできますが、その場合、排ガスを数分間滞留させる必要があり、処理プラントのスペースを大きく占有する大型の処理室が必要になります。
ダイオキシンの強い分子結合が切断されることによる副作用として、供給空気中の窒素ガス（N₂）と酸素ガス（O₂）の結合が切断される可能性があります。排気流が冷却されるにつれて、これらの反応性の高い分離原子は自発的に結合し、排ガス中のNOxなどの反応性酸化物を生成します。これらの酸化物が直接周辺環境に放出されると、スモッグや酸性雨の原因となる可能性があります。これらの反応性酸化物は、選択的触媒還元（SCR）または選択的非触媒還元（下記参照）によってさらに中和する必要があります。
プラスチックを屋外の焼却炉やゴミ捨て場で燃やすと、通常はダイオキシンを分解するのに必要な温度に達しないため、ダイオキシンが大量に排出されます。プラスチックは通常、屋外の火で燃えますが、ダイオキシンは燃焼後も残り、大気中に漂うか、灰の中に残り、灰の山に雨が降ると地下水に浸出する可能性があります。幸いなことに、ダイオキシンとフラン化合物は固体表面に非常に強く結合し、水に溶けないため、浸出プロセスは灰の山の下数ミリメートルに限定されます。ダイオキシンは800 ℃（1,470 °F）で完全に分解されます。[ 24 ]
現代の都市型焼却炉の設計には高温ゾーンが設けられており、排ガスは冷却される前に少なくとも2秒間、 850 ℃（1,560 °F）以上の温度に維持されます。常にこの状態を維持するために補助ヒーターが備え付けられています。これらのヒーターは石油または天然ガスを燃料とし、通常はごく短時間のみ稼働します。さらに、現代の焼却炉の多くは、固体粒子中または表面に存在するダイオキシンを捕捉できる布製フィルター（多くの場合、サブミクロン粒子の捕集効率を高めるためにテフロン膜を使用）を採用しています。気相のダイオキシンは触媒を用いて大幅に分解することができ、その触媒の一部は布製フィルターバッグの構造の一部として組み込まれています。
非常に小型の都市型焼却炉の場合、ダイオキシンの熱分解に必要な温度は、高温電気加熱要素と選択的触媒還元段階を組み合わせることで達成できる。
ダイオキシン類やフラン類は燃焼によって分解される可能性があるが、排出ガスが冷却される際に「de novo合成」と呼ばれるプロセスによって再生成されることが、燃焼温度が高く滞留時間が長い工場からの排出煙突試験で測定されるダイオキシン類の発生源である可能性が高い。[ 12 ]
他の完全燃焼プロセスと同様に、廃棄物中の炭素のほぼすべてがCO₂として大気中に放出されます。都市固形廃棄物（MSW）は、 CO₂自体とほぼ同じ質量割合（27%）の炭素を含んでいるため、1トンのMSWを焼却すると、約1トンのCO₂が発生します。
廃棄物が事前の安定化処理（通常は嫌気性消化による）なしに埋め立てられた場合、1 トンの一般廃棄物から、廃棄物の生分解性部分の嫌気性分解により約62 立方メートル (2,200立方フィート)のメタンが発生します。メタンの地球温暖化係数は 34 であり、25 ℃ での 62 立方メートルのメタンの重量は 40.7 kg であるため、これは 1.38 トンの CO 2に相当し、焼却によって発生する1 トンの CO 2よりも多い量です。一部の国では、大量の埋立地ガスが回収されています。それでも、大気中に放出される埋立地ガスの地球温暖化係数は依然として大きいです。米国では、1999 年に放出された埋立地ガスの地球温暖化係数は、焼却によって放出されるCO 2の量よりも約 32% 高いと推定されました。 [ 25 ]この研究以降、メタンの地球温暖化係数の推定値は21から35に引き上げられ、それだけで同じ廃棄物の焼却と比較して、地球温暖化係数の推定値はほぼ3倍になる。
さらに、生分解性廃棄物のほぼすべては生物由来です。これらの物質は、通常は前回の生育期に、植物が大気中の二酸化炭素を利用して生成したものです。これらの植物が再び成長すれば、燃焼によって放出された二酸化炭素は再び大気中から除去されます。
こうした考慮事項が、いくつかの国が生分解性廃棄物の焼却を再生可能エネルギーとして管理する主な理由である。[ 26 ]残りの大部分、主にプラスチックやその他の石油・ガス由来製品は、一般的に非再生可能資源として扱われる。
焼却によるCO 2排出量については、さまざまな仮定によって異なる結果が得られる可能性があります。地域の条件 (地域暖房需要が限られている、代替となる化石燃料による発電がない、廃棄物ストリームにアルミニウムが多く含まれているなど) によっては、焼却による CO 2削減効果が減少する可能性があります。方法論やその他の仮定も結果に大きく影響する可能性があります。たとえば、後日発生する埋立地からのメタン排出を無視したり、重要度を低くしたり、生分解性廃棄物を CO 2ニュートラルとみなさなかったりする場合があります。2008 年に Eunomia Research and Consulting がロンドンの潜在的な廃棄物処理技術について行った調査では、これらの (著者によると) 異例の仮定のいくつかを適用することで、既存の平均的な焼却プラントは、他の新興廃棄物処理技術の理論的な可能性と比較してCO 2バランスの点で劣っていることが示されました。 [ 27 ]
焼却炉からの排ガスに含まれるその他のガス状排出物には、窒素酸化物、二酸化硫黄、塩酸、重金属、微粒子などがあります。重金属の中でも、水銀は毒性と揮発性が高いため、大きな懸念事項です。排出制御装置で除去されない限り、都市廃棄物に含まれる水銀はほぼすべて排出物として排出される可能性があります。[ 28 ]
煙道内の蒸気含有量によっては、煙突から目に見える煙が発生することがあり、これは景観汚染として認識される可能性があります。これを回避するには、排ガスの凝縮と再加熱によって蒸気含有量を減らすか、排ガス出口温度を露点よりも十分に高くする必要があります。排ガスの凝縮により、水の蒸発潜熱を回収できるため、プラントの熱効率が向上します。
焼却施設の排ガスに含まれる汚染物質の量は、施設の種類によって、いくつかの工程を経て削減される場合もあれば、されない場合もある。
粒子状物質は、粒子ろ過によって収集され、最も一般的には静電集塵機（ESP）および/またはバグハウスフィルターが使用されます。後者は一般的に微粒子の収集に非常に効率的です。2006年にデンマーク環境省が行った調査では、デンマークの16の焼却炉からの焼却廃棄物のエネルギー含有量あたりの平均粒子状物質排出量は、2.02 g/GJ（焼却廃棄物のエネルギー含有量あたりのグラム）未満でした。2.5マイクロメートル以下の微粒子（PM 2.5）の詳細な測定は、3つの焼却炉で行われました。粒子ろ過用のESPを備えた1つの焼却炉は5.3 g/GJの微粒子を排出し、バグハウスフィルターを備えた2つの焼却炉は0.002および0.013 g/GJのPM 2.5を排出しました。超微粒子（PM 1.0 ）については、 ESPプラントからの排出量は4.889 g/GJ PM 1.0であったのに対し、バグハウスフィルターを備えたプラントからの排出量は0.000および0.008 g/GJ PM 1.0と測定された。[ 29 ] [ 30 ]
酸性ガススクラバーは、塩酸、硝酸、フッ化水素酸、水銀、鉛、その他の重金属を除去するために使用されます。除去効率は、特定の装置、廃棄物の化学組成、プラントの設計、試薬の化学、およびこれらの条件を最適化するエンジニアの能力に依存しますが、異なる汚染物質では相反する場合があります。たとえば、湿式スクラバーによる水銀の除去は偶然の産物と考えられており、50%未満になる可能性があります。[ 28 ]塩基性スクラバーは、石灰との反応により石膏を生成することで二酸化硫黄を除去します。[ 31 ]
スクラバーからの廃水は、その後、廃水処理施設を通らなければならない。
二酸化硫黄は、粒子ろ過の前に排ガスに石灰石スラリーを注入する乾式脱硫によって除去することもできる。 [ 32 ]
NO xは、触媒コンバーター内でアンモニアによる触媒還元（選択的触媒還元、SCR）または炉内でアンモニアとの高温反応（選択的非触媒還元、SNCR）によって還元される。[ 33 ]還元剤としてアンモニアの代わりに尿素を使用することもできるが、尿素が加水分解されてアンモニアになるように、プロセスの早い段階で供給する必要がある。尿素を代替することで、無水アンモニアの保管に伴うコストと潜在的な危険性を低減できる。
焼却では、石炭を燃焼させた場合と同様に、飛灰と底灰が生成されます。都市固形廃棄物の焼却によって生成される灰の総量は、元の廃棄物の体積の 4 ～ 10%、重量の 15 ～ 20% に及び、 [ 2 ] [ 35 ]飛灰は総灰の約 10 ～ 20% を占めます。[ 2 ] [ 35 ]飛灰は、鉛、カドミウム、銅、亜鉛などの重金属が高濃度で含まれていることが多く、またダイオキシンやフランが少量含まれていることが多いため、底灰よりもはるかに健康被害の可能性が高いです。[ 36 ]底灰には、重金属が有意なレベルで含まれていることはほとんどありません。現在、焼却炉運営者グループが検査した過去のサンプルの中には、現時点で生態毒性基準を満たすものもあるが、環境庁は、検査プログラムが完了するまでは焼却炉の底灰を「非有害物質」とみなすことに「合意した」と述べている。
燃焼後に残る底灰残渣は、安全に埋立地に投棄したり、建設用骨材としてリサイクルしたりできる非有害固体廃棄物であることが示されています。サンプルは生態毒性金属について検査されます。[ 37 ]
旧式の焼却炉では臭気汚染が問題になることがあるが、新しい焼却施設では臭気と粉塵は非常にうまく制御されている。廃棄物は負圧の密閉されたエリアに受け入れられ、保管され、空気の流れはボイラーを通るため、不快な臭気が大気中に漏れるのを防いでいる。ある調査によると、中国東部の焼却施設で最も強い臭気は廃棄物投棄場で発生した。[ 38 ]
地域社会との関係に影響を与える問題の一つは、都市ごみを焼却炉へ運搬するためのごみ収集車の交通量増加です。そのため、ほとんどの焼却炉は工業地帯に設置されています。この問題は、中継ステーションから鉄道でごみを輸送することで、ある程度回避できます。
科学研究者は、廃棄物焼却によって発生する汚染物質の人体への健康影響を調査してきました。多くの研究が、米国環境保護庁のモデリングガイドラインを使用して、汚染物質への曝露による健康影響を調べています。[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]これらのモデルには、吸入、摂取、土壌、皮膚接触による曝露が組み込まれています。研究では、廃棄物焼却炉の近くに住む住民や労働者の血液や尿サンプルを通して、汚染物質への曝露も評価しています。[ 40 ] [ 42 ]過去の研究の体系的レビューの結果から、焼却炉の汚染曝露に関連する多くの症状や疾患が特定されました。これらには、新生物[ 40 ] 、呼吸器系の問題[ 43 ] 、先天異常[ 40 ] [ 43 ] [ 44 ]、乳児死亡または流産が含まれます。[ 40 ] [ 44 ]老朽化し、適切に維持管理されていない焼却炉の近隣住民は、より高いレベルの健康問題に見舞われている。[ 40 ] [ 43 ] [ 44 ]いくつかの研究では、がんのリスクの可能性も指摘されている。[ 44 ]しかし、焼却炉の汚染への曝露を、産業、自動車、農業の複合汚染から分離することが困難であるため、健康リスクに関するこれらの結論は限定的である。[ 40 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]
多くのコミュニティが、廃棄物焼却炉技術の改善または撤去を提唱してきました。高濃度の二酸化窒素などの特定の汚染物質への曝露は、呼吸器疾患による救急外来受診の増加に関連するコミュニティ主導の苦情で指摘されています。[ 45 ] [ 46 ]廃棄物焼却技術の潜在的な健康影響は、特に健康上の負担が不均衡に大きいコミュニティに設置されている場合に公表されています。[ 47 ]例えば、メリーランド州のウィーラブレーター・ボルチモアは、主に低所得の有色人種が居住する近隣コミュニティで喘息の発生率が増加したため調査されました。[ 47 ]コミュニティ主導の取り組みは、リアルタイムの汚染データの不足に対処するための今後の研究の必要性を示唆しています。[ 46 ] [ 47 ]これらの情報源はまた、焼却による健康への影響をより適切に判断するために、学術機関、政府、非営利団体のパートナーシップが必要であると指摘しています。[ 46 ] [ 47 ]
廃棄物処理における焼却炉の利用は議論の的となっている。焼却炉をめぐる議論には、通常、企業（廃棄物発生者と焼却炉事業者双方を代表する）、政府規制当局、環境活動家、そして地域住民が関与する。地域住民は、地域産業活動の経済的魅力と、健康や環境リスクに対する懸念とのバランスを取らなければならない。
この問題に専門的に関わっている個人や組織には、米国環境保護庁をはじめ、世界中の数多くの地方および国の大気質規制機関が含まれる。
都市ごみ焼却の歴史は、埋立地やその他の廃棄物処理技術の歴史と密接に結びついている。焼却のメリットは、必然的に利用可能な代替手段との比較において判断される。1970年代以降、リサイクルやその他の予防策によって、こうした判断の文脈は変化した。1990年代以降、代替廃棄物処理技術は成熟し、実用化されつつある。
焼却は、有害廃棄物および医療廃棄物の処理において重要な工程です。医療廃棄物に含まれる病原体や有毒物質を破壊するためには、高温の焼却処理が不可欠な場合が少なくありません。
米国初の焼却炉は1885年にニューヨークのガバナーズ島に建設された。 [ 76 ] 1949年、ロバート・C・ロスは米国初の有害廃棄物管理会社の1つを設立した。彼はオハイオ州北部の企業の有害廃棄物管理ニーズを満たす機会を見出したため、ロバート・ロス・インダストリアル・ディスポーザルを設立した。1958年、同社は米国初の有害廃棄物焼却炉の1つを建設した。[ 77 ]
米国で最初の本格的な自治体運営の焼却施設は、1975年にアイオワ州エイムズに建設されたアーノルド・O・チャントランド資源回収プラントです。このプラントは現在も稼働しており、廃棄物由来の燃料を生産し、地元の発電所に燃料として送っています。[ 78 ]米国で最初に商業的に成功した焼却プラントは、 1975年10月にウィーラブレーター・テクノロジーズによってマサチューセッツ州ソーガスに建設され、現在も稼働しています。[ 35 ]
環境管理会社や廃棄物管理会社は複数あり、最終的に焼却炉やセメントキルン処理センターに廃棄物を輸送しています。現在（2009年）、廃棄物を焼却している主な企業は、Clean Harbours、WTI-Heritage、Ross Incineration Servicesの3社です。Clean Harboursは、小規模で独立経営の施設を多数買収し、全米で5～7基の焼却炉を所有しています。WTI-Heritageは、オハイオ州南東部、ウェストバージニア州とのオハイオ川を挟んだ対岸に1基の焼却炉を所有しています。
旧世代の焼却炉のいくつかは閉鎖されました。1990年に186基あった一般廃棄物焼却炉のうち、2007年には89基しか残っておらず、1988年に6200基あった医療廃棄物焼却炉のうち、2003年には115基しか残っていませんでした。[ 79 ] 1996年から2007年の間に新しい焼却炉は建設されませんでした。活動が停滞した主な理由は次のとおりです。
米国とカナダでは、焼却やその他の廃棄物発電技術への関心が再び高まっている。米国では、2004年に焼却が再生可能エネルギー生産税額控除の対象となった。 [ 80 ]既存のプラントの容量を増強するプロジェクトが進行中であり、自治体は都市ごみの埋め立てを続けるのではなく、焼却プラントを建設するという選択肢を再び検討している。しかし、焼却による温室効果ガス削減効果や大気汚染対策の改善、灰のリサイクルに関する新たな議論にもかかわらず、これらのプロジェクトの多くは依然として政治的反対に直面している。
ヨーロッパでは、未処理廃棄物の埋め立て禁止の結果として、[ 56 ]過去 10 年間に多くの焼却炉が建設され、さらに多くの焼却炉が建設中です。最近では、多くの地方自治体が焼却炉の建設と運営の契約プロセスを開始しました。ヨーロッパでは、廃棄物から生成される電力の一部は「再生可能エネルギー源」（RES）からのものとみなされ、民間が運営する場合は税額控除の対象となります。また、ヨーロッパの一部の焼却炉には廃棄物回収設備が備わっており、焼却された廃棄物に含まれる鉄および非鉄金属の再利用が可能です。代表的な例として、アムステルダムの AEB 廃棄物発電所があります。[ 81 ] [ 82 ]
スウェーデンでは、発生する廃棄物の約50%が廃棄物発電施設で焼却され、発電して地方都市の地域暖房システムに供給されています。[ 83 ]スウェーデンの発電計画における廃棄物の重要性は、廃棄物発電施設に供給するために年間270万トンの廃棄物を輸入していること（2014年）に反映されています。[ 84 ]
EUでは都市固形廃棄物のリサイクル目標が2025年までに少なくとも55%、2035年までに最大65%に引き上げられているため[ 85 ] 、従来焼却を行ってきた国々の多くは、最大でも35%しか熱処理や処分に利用できないため、これらの目標を達成できないリスクに直面している[ 86 ] [ 87 ] 。デンマークはその後、2030年までに焼却能力を30%削減することを決定した[ 88 ]。
非有害廃棄物の焼却は、循環性アジェンダを損なう懸念から、持続可能な活動に関するEUの分類体系[ 89 ]においてグリーン投資の一形態として含まれておらず、事実上、都市固形廃棄物焼却部門への将来のEU資金提供を停止している。
英国の廃棄物管理業界で採用されている技術は、埋立地の普及により、ヨーロッパ諸国に比べて大きく遅れをとっています。欧州連合が定めた埋立指令を受けて、英国政府は埋立税や埋立排出枠取引制度を含む廃棄物関連法を制定しました。この法律は、代替的な廃棄物処理方法を用いることで、埋立地から発生する温室効果ガスの排出量を削減することを目的としています。英国政府は、焼却が英国の都市ごみ処理とエネルギー供給において、今後ますます重要な役割を果たすようになると考えています。
2008年時点で、焼却炉の候補地として約100か所の計画が存在する。これらは英国のNGOによってインタラクティブに地図化されている。[ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]
2012年6月の新計画では、農業用地での低容量焼却炉の使用を奨励し、バイオセキュリティを向上させるために、DEFRAが支援する助成金制度（農業・林業改善制度）が設立された。[ 94 ]
最近、ベッドフォードシャーのケンブリッジ – ミルトン キーンズ – オックスフォード回廊の中心部に、英国最大の廃棄物焼却炉を建設する許可が下りた[ 95 ] 。バッキンガムシャーのグレートムーアに大型焼却炉が建設され、ベッドフォード近郊にもう1基建設する計画があることから[ 96 ]、ケンブリッジ – ミルトン キーンズ – オックスフォード回廊は英国の主要な焼却拠点となるだろう。
焼却炉はアジア諸国、特に土地不足に直面している国々で広く利用されている。アジア諸国は人口密度が高く、埋立地として利用できる土地が不足している。焼却炉は中国、日本、韓国、ベトナム、タイ、インドネシア、フィリピン、マレーシア、インドなどで使用されている。
日本では、廃棄物処理のために中央政府の補助金を受けて焼却炉が建設されている。2001年に建設された大阪舞島焼却場は、毎日900トンのゴミを処理し、32,000kW の電力を生産している[ 97 ]。
大量死や疾病発生後、動物とその副産物を緊急かつ生物学的安全性を確保した上で処分するための緊急焼却システムが存在する。世界各国の政府や機関による規制強化と執行強化は、世論の圧力と経済的損失の増大によって促されてきた。
伝染性動物疾病は、2012年までの20年間で政府と業界に2,000億ドルの損失をもたらし、過去60年間に世界中で発生した感染症の65%以上を占めています。世界の食肉輸出量の3分の1（約600万トン）は常に貿易制限の影響を受けており、そのため政府、公的機関、商業事業者は、疾病の封じ込めと制御のために、より清潔で安全かつ強固な動物死骸処理方法に重点を置いています。
大規模な焼却システムは専門業者から入手可能で、感染症の発生に備えた安全策として政府によって購入されることが多い。多くは移動式で、生物学的安全性を確保した廃棄処理が必要な場所に迅速に展開できる。
小型焼却炉は特殊な目的のために存在します。たとえば、移動式小型焼却炉は、発展途上国で医療廃棄物を衛生的に安全に処理することを目的としています。[ 98 ]英国に拠点を置くInciner8社のような企業は、I8-M50およびI8-M70モデルで移動式焼却炉メーカーの良い例です。小型焼却炉は、感染が発生した遠隔地に迅速に展開して、感染した動物を迅速に、交差汚染のリスクなしに処分することができます。
コンテナ型焼却炉は、従来のインフラが整備されていない遠隔地での使用を想定して特別に設計された、特殊なタイプの焼却炉です。これらの焼却炉は通常、輸送や設置を容易にするため、輸送用コンテナ内に設置されます。
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