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埋立地ガスは、埋立地内の微生物が食品廃棄物や紙廃棄物などの有機廃棄物を分解する際に発生するさまざまなガスの混合物です。埋立地ガスはバイオガスの一種で、約40～60%がメタン、残りは主に二酸化炭素です。埋立地ガスには、収集時に大気から取り込まれた窒素ガスが含まれていることがよくあります。 [ 1 ]残りは微量の非メタン揮発性有機化合物（VOC）、シロキサン、硫化水素で構成されています（1%未満）。これらの微量ガスには、主に単純な炭化水素など、さまざまな種類が含まれています。[ 2 ]
埋立地ガスは気候変動に影響を与えます。主な成分はCO2とメタンで、どちらも温室効果ガスです。大気中のメタンは、100年間で地球温暖化係数が27と、はるかに強力な温室効果ガスです。 [ 3 ]埋立地は、米国で3番目に大きなメタン発生源です。[ 4 ]
これらのガスがもたらす重大な悪影響のため、埋立地ガスを監視し、都市ごみ中の生分解性物質の量を削減し、ガス燃焼や発電のためのガス回収などを含む埋立地ガス利用戦略を策定するための規制制度が設けられてきた。
埋立地ガスは、次の3つのプロセスによって発生します。[ 2 ]
最初の 2 つのプロセスは、廃棄物の性質に大きく依存します。ほとんどの埋立地で支配的なプロセスは 3 番目のプロセスであり、嫌気性細菌が有機廃棄物を分解してバイオガスを生成します。バイオガスは、メタンと二酸化炭素、および微量の他の化合物から構成されています。[ 5 ]廃棄物の不均一性にもかかわらず、ガスの発生は明確に定義された速度論的パターンに従います。メタンと CO2 の生成は、埋立材の投棄後約 6 か月で始まります。ガスの発生は約 20 年で最大に達し、その後数十年かけて減少します。[ 2 ]
埋立地内の状況や変化は、電気抵抗トモグラフィー（ERT）を用いて観察することで、埋立地ガスの発生源[ 6 ]や浸出液の移動経路[ 7 ]を検出できます。温度、水分量、生分解性物質の割合など、さまざまな場所の状況も推測できます。この情報は、ホットスポット上の最適な井戸の位置や、堆積物灌漑などの介入によって、ガス生産を改善するために使用できます。
埋立地から発生するガスは、貴重な資源であると同時に有害な場合もあるため、モニタリング技術が開発されてきました。フレームイオン化検出器は、メタン濃度や総VOC濃度を測定するために使用できます。地表モニタリング、地下モニタリング、および大気モニタリングが実施されています。米国では、1990年の大気浄化法に基づき、多くの大規模埋立地にガス収集・制御システムの設置が義務付けられており、少なくとも施設はガスを収集して燃焼させなければなりません。
1979年10月に制定されたRCRAのサブタイトルDに基づく米国の連邦規制は、都市固形廃棄物埋立地の立地、設計、建設、運営、監視、閉鎖を規制しています。サブタイトルDは現在、埋立地ガス中のメタンの移動に対する管理を義務付けています。監視要件は、埋立地の運営中およびその後30年間満たされなければなりません。RCRAのサブタイトルDの影響を受ける埋立地は、メタン排出量を定期的にチェックし、敷地外への移動を防止する方法を確立することにより、ガスを制御する必要があります。埋立地の所有者および運営者は、施設の構造物内のメタンガスの濃度がメタンのLELの25%を超えず、施設の境界でのメタンのLELを超えないようにしなければなりません。[ 9 ]
埋立地内で発生するガスは、さまざまな方法で収集して利用できます。埋立地ガスは、ボイラーやあらゆる種類の燃焼システムによって現場で直接利用され、熱源として利用できます。マイクロタービン、蒸気タービン、燃料電池を使用して、現場で発電することもできます。[ 10 ]埋立地ガスは、現場外で販売され、天然ガスパイプラインに送られることもあります。この方法では、さまざまな汚染物質や成分を除去するなどして、ガスをパイプライン品質に処理する必要があります。[ 11 ]埋立地ガスは、埋立処理のもう1つの副産物である浸出液を蒸発させるためにも使用できます。この用途では、以前は同じ目的で使用されていた別の燃料が置き換えられます。[ 12 ]
埋立地でのガス回収効率は、回収できるエネルギー量に直接影響します。閉鎖された埋立地（廃棄物を受け入れなくなった埋立地）は、開放された埋立地（廃棄物を受け入れ続けている埋立地）よりも約17%効率的にガスを回収します。[ 13 ]
埋立地ガスの回収と利用は費用がかかる場合があります。一部の環境団体は、廃棄物（その発生源）は再生可能ではないため、これらのプロジェクトは「再生可能電力」を生産しないと主張しています。シエラクラブは、このようなプロジェクトへの政府補助金に反対しています。[ 14 ]天然資源防衛協議会（NRDC）は、政府のインセンティブは太陽光、風力、エネルギー効率化の取り組みにもっと向けられるべきだと主張しています。[ 14 ]
埋立地ガスの排出は、埋立地における環境、衛生、およびセキュリティ上の問題を引き起こす可能性があります。 [ 15 ] [ 16 ]例えば、1986年にイギリスのロスコーで発生した事故では、移動した埋立地ガスが蓄積し、建物を部分的に破壊しました。 [ 17 ] 1991年には、デンマークのスケリングステッド埋立地に隣接する家で爆発が発生し、2人が死亡しました。[ 18 ]埋立地ガスがもたらすリスクのため、埋立地から発生するガスを監視する必要性が明らかです。火災や爆発のリスクに加えて、地下でのガスの移動により、埋立地ガスが地下水と接触する可能性があります。これにより、ほぼすべての埋立地ガスに含まれる有機化合物によって地下水が汚染される可能性があります。[ 19 ]
埋立地からは通常微量しか発生しないものの、芳香族化合物やクロロカーボン類が放出されることがある。
埋立地ガスは、圧力差や拡散によって移動する可能性があります。隣接する建物内でガス濃度が十分に高くなると、爆発の危険性があります。
米国環境保護庁（EPA）の報告によると、2016年時点で稼働中の一般廃棄物埋立地の数は1,900～2,000箇所である。2013年に環境研究教育財団が行った全国調査では、米国全体で稼働中の一般廃棄物埋立地はわずか1,540箇所しか確認されていない。これらの埋立地で廃棄物が分解されると、埋立地ガスが発生する。埋立地ガスは、メタンと二酸化炭素がほぼ半々ずつ混ざったものである。埋立地は米国におけるメタン排出源の第3位であり、一般廃棄物埋立地がそのうちの95%を占めている。 [ 20 ] [ 21 ]
米国では、環境保護庁によると、埋立地ガスプロジェクトの数は2005年の399件から2012年には594件に増加しました[ 22 ] 。これらのプロジェクトは、エネルギーコストを抑制し、温室効果ガスの排出量を削減するため人気があります。これらのプロジェクトでは、メタンガスを収集して処理し、発電に使用したり、パイプライングレードのガスにアップグレードしたりします。（メタンガスの地球温暖化係数は二酸化炭素の21倍です）。[ 23 ]例えば、米国では、Waste Management社が110か所の埋立地ガス発電施設で埋立地ガスをエネルギー源として使用しています。このエネルギー生産により、年間約200万トンの石炭が削減され、40万世帯が必要とするエネルギーと同等のエネルギーが生み出されます。これらのプロジェクトは、大気への温室効果ガスの排出量も削減します。[ 24 ]
数百の埋立地がガス発電プロジェクトを支える可能性があると推定しているEPAは、埋立地メタンアウトリーチプログラムも設立しました。このプログラムは、環境的にも経済的にも有益な埋立地ガス発電プロジェクトの開発を促進することで、費用対効果の高い方法で埋立地からのメタン排出量を削減するために開発されました。[ 25 ]