埋立地ガス

埋立地ガスは、埋立地内の微生物が食品廃棄物や紙くず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。埋立地ガスは約40〜60％がメタンで、残りは主に二酸化炭素です。残り（<1％）は微量の他の揮発性有機化合物（VOC）で構成されています。これらの微量ガスには、主に単純な炭化水素を含むさまざまな種が含まれます。^[1]

埋立地ガスは気候変動に影響を与えます。主な成分は二酸化炭素_とメタンで、どちらも温室効果ガスです。大気中のメタンははるかに強力な温室効果ガスで、分子1つあたり二酸化炭素の25倍の効果があります。しかし、メタン自体は二酸化炭素よりも大気の構成成分として少ないです。埋立地は米国で3番目に大きなメタン発生源です。^[2]

これらのガスには重大な悪影響があるため、埋立地ガスを監視し、都市ごみに含まれる生分解性物質の量を減らし、ガス燃焼や発電のための回収を含む埋立地ガス利用戦略を作成するための規制体制が設けられています。

埋立地ガスは3つのプロセスの結果である：^[1]

1. 揮発性有機化合物（例：溶剤）の蒸発
2. 廃棄物の成分間の化学反応
3. 微生物の作用、特にメタン生成。

最初の 2 つ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、嫌気性細菌が有機廃棄物を分解してメタンと二酸化炭素、および微量の他の化合物からなるバイオガスを生成する 3 番目のプロセスです。 ^[3]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運動パターンに従います。メタンと CO2 の生成は、_埋立地の材料を堆積してから約 6 か月後から始まります。ガスの発生は約 20 年で最大になり、その後数十年にわたって減少します。^[1]

埋立地内の状況や変化は、電気抵抗トモグラフィー（ERT）で観察することができ、埋立地ガスの発生源^{[4]や浸出液の動きや経路[5]}を検出することができます。温度、湿度、生分解性物質の割合など、さまざまな場所の状況を推測することができ、この情報を使用して、ホットスポットよりも最適な井戸の位置や堆積灌漑などの介入によりガス生産を改善することができます。

_{埋立地ガスが}土壌被覆を透過すると、ガス中のメタンの一部が微生物によってCO2に酸化される。^[6]

埋立地で発生するガスは価値があり、時には有害であるため、監視技術が開発されてきました。炎イオン化検出器は、メタン濃度と総 VOC 濃度の測定に使用できます。表面監視、地下監視、および周囲空気の監視が行われます。米国では、1990 年の大気浄化法により、多くの大規模埋立地でガス収集および制御システムを設置することが義務付けられており、これは、施設が少なくともガスを収集して燃焼させる必要があることを意味します。

1979年10月に制定されたRCRAのサブタイトルDに基づく米国連邦規制は、MSW埋立地の立地、設計、建設、運営、監視、閉鎖を規制している。サブタイトルDでは現在、埋立地ガス中のメタンの移動に対する制御が義務付けられている。埋立地では、運用中および運用後30年間、監視要件を満たす必要がある。RCRAのサブタイトルDの影響を受ける埋立地は、定期的にメタン排出をチェックする方法を確立してガスを制御し、敷地外への移動を防ぐ必要がある。埋立地の所有者および運営者は、メタンガスの濃度が施設の構造物内のメタンのLELおよび施設境界のメタンLELの25%を超えないようにする必要がある。^[7]

埋立地内で発生したガスは、さまざまな方法で収集および使用できます。埋立地ガスは、ボイラーまたは任意のタイプの燃焼システムによって現場で直接利用され、熱を提供します。マイクロタービン、蒸気タービン、または燃料電池を使用して、現場で電気を生成することもできます。^[8]埋立地ガスは、オフサイトで販売され、天然ガスパイプラインに送られることもできます。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、パイプライン品質にガスを処理する必要があります。^[9]埋立地ガスは、埋立地プロセスの別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を置き換えます。^[10]

埋立地でのガス収集効率は、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（まだ廃棄物を受け入れている埋立地）よりも効率的にガスを収集します。閉鎖された埋立地と開放された埋立地での収集効率を比較すると、両者の間に約17パーセントポイントの差があることがわかりました。^[11]

埋立地ガスの回収と使用には費用がかかる可能性がある。環境保護団体の中には、ゴミ（その源）は再生可能ではないため、これらのプロジェクトは「再生可能な電力」を生産していないと主張する団体もある。シエラクラブは、このようなプロジェクトに対する政府の補助金に反対している。^[12]天然資源保護協議会（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る。^[12]

埋立地ガスの排出は、埋立地の環境、衛生、安全上の問題を引き起こす可能性がある。^{[13] [14]}これまでにもいくつかの事故が発生しており、例えば1986年にイギリスのロスコーで発生した事故では、^[15]移動した埋立地ガスが蓄積し、建物が部分的に破壊された。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住宅で爆発が発生し、2人が死亡した事故が発生した。^[16]埋立地ガスがもたらすリスクのため、埋立地で発生するガスを監視する必要があることは明らかである。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る。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る。^[17]

通常は微量しか発生しませんが、埋め立て地では芳香族化合物やクロロカーボンがいくらか放出されます。

埋立地ガスの移動は、圧力差と拡散により発生する可能性があります。隣接する建物内でガスの濃度が十分に高くなると、爆発の危険が生じる可能性があります。

米国環境保護庁（EPA）の報告書によると、2016年時点で稼働中の都市固形廃棄物埋立地の数は1,900から2,000の範囲です。2013年に環境研究教育財団が行った全国調査では、稼働中の都市固形廃棄物埋立地は米国全体でわずか1,540でした。これらの埋立地で廃棄物が分解されると、メタンと二酸化炭素が約半分ずつ混ざった埋立地ガスが発生します。埋立地は米国で3番目に大きなメタン排出源であり、都市固形廃棄物埋立地はこの割合の95％を占めています。 ^{[18] [19]}

環境保護庁によると、米国では、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件に増加した^[20]。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を削減するため人気がある。これらのプロジェクトはメタンガスを収集して処理し、電力に使用したり、パイプライングレードのガスにアップグレードしたりすることができる。（メタンガスの地球温暖化係数は二酸化炭素の21倍である）。^[21]たとえば、米国では、ウェイスト・マネジメントが110の埋立地ガスエネルギー施設で埋立地ガスをエネルギー源として使用している。このエネルギー生産は、年間約200万トンの石炭を相殺し、40万世帯に必要なエネルギーに相当するエネルギーを生み出している。これらのプロジェクトは、大気中への温室効果ガスの排出も削減している。^[22]

EPAは、数百の埋立地がガスエネルギープロジェクトを支援できると見積もっており、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エネルギープロジェクトの開発を奨励することで、埋立地からのメタン排出量を費用対効果の高い方法で削減するために開発されました。^[23]

• 嫌気性消化
• 生分解性
• バイオガス
• 排気ガス
• 埋立地ガスの利用
• 異なる電源で発電された電力の相対コスト
• 地下石炭ガス化

• GA Mansoori、N Enayati、LB Agyarko (2016)、「エネルギー：資源、利用、法律、持続可能性、モデル州としてのイリノイ州」、World Sci. Pub. Co.、ISBN 978-981-4704-00-7 
• 「『グリーンエネルギー』としての埋立地ガス入門」。Energy Justice Network 。 2010年4月25日閲覧。
• Koch, Wendy (2010-02-25) 「埋立地プロジェクトの増加」 USA Today 。2010-04-25閲覧。
• 「埋立地ガスをエネルギーに変える」。廃棄物管理。2010年 4 月 26 日閲覧。
• 「埋立地ガス」。Gas Separation Technology LLC。2017年5月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年4月26日閲覧。
• 「埋立地ガス制御対策」。毒性物質・疾病登録局。2010 年 4 月 26 日閲覧。